Des changements épigénétiques reprogramment les astrocytes en cellules souches du cerveau
La découverte montre que les astrocytes pourraient être utilisés en médecine régénérative pour remplacer les cellules nerveuses endommagées
Les cellules souches cérébrales au repos diffèrent à peine des astrocytes normaux, qui soutiennent les cellules nerveuses du cerveau. Comment des cellules presque identiques peuvent-elles remplir des fonctions aussi différentes ? La clé réside dans la méthylation de leur matériel génétique, qui confère à ces astrocytes spéciaux des propriétés de cellules souches. Des scientifiques du Centre allemand de recherche sur le cancer (DKFZ) et de l'université de Heidelberg ont publié leurs conclusions dans la revue Nature. Chez la souris, les chercheurs ont montré qu'un manque de circulation sanguine dans le cerveau, induit expérimentalement, reprogramme épigénétiquement les astrocytes en cellules souches cérébrales, qui peuvent à leur tour donner naissance à des cellules progénitrices nerveuses. Cette découverte montre que les astrocytes pourraient potentiellement être utilisés en médecine régénérative pour remplacer les cellules nerveuses endommagées.
De nombreux types de cellules travaillent ensemble dans le cerveau. Chez l'homme, les cellules nerveuses (neurones) représentent moins de la moitié des cellules. Les autres sont appelées "cellules gliales". Les cellules gliales les plus courantes sont les astrocytes. Elles fournissent de l'énergie aux neurones, font partie de la barrière hémato-encéphalique, régulent les synapses et soutiennent les cellules immunitaires.
Cependant, une petite proportion d'astrocytes est capable de produire des cellules nerveuses et d'autres types de cellules cérébrales. Ces astrocytes spéciaux sont donc également connus sous le nom de cellules souches cérébrales. Les cellules souches cérébrales et les astrocytes ordinaires diffèrent à peine dans leur expression génétique, c'est-à-dire dans l'activité de leurs gènes. "Jusqu'à présent, on ne savait pas du tout comment elles pouvaient remplir des fonctions aussi différentes et ce qui constituait les propriétés des cellules souches", explique Ana Martin-Villalba, chercheuse sur les cellules souches au DKFZ.
La méthylation est la clé
Pour résoudre cette énigme, les équipes dirigées par Ana Martin-Villalba et Simon Anders (BioQuant, Center, Université de Heidelberg) ont isolé des astrocytes ordinaires et des cellules souches cérébrales dans l'une des régions du cerveau où se développent les jeunes neurones chez la souris adulte, la "zone ventriculaire-sous-ventriculaire" (vSVZ). Les chercheurs ont analysé l'expression des gènes au niveau des cellules individuelles en utilisant le séquençage de l'ARNm ainsi que les schémas de méthylation ("méthylome") dans l'ensemble du génome. Ils ont utilisé un outil spécialement conçu pour analyser les données de méthylation*.
La méthylation de l'ADN fait référence à des "marqueurs" chimiques grâce auxquels la cellule peut désactiver des parties inutilisées de son ADN. La méthylation est donc cruciale pour l'identité des cellules.
Au cours de cette étude, les experts en cellules souches ont remarqué que les cellules souches cérébrales présentent un schéma de méthylation de l'ADN particulier qui les distingue des autres astrocytes. "Contrairement aux astrocytes normaux, certains gènes sont déméthylés dans les cellules souches cérébrales et ne sont utilisés que par les cellules précurseurs des nerfs. Cela permet aux cellules souches cérébrales d'activer ces gènes afin de produire elles-mêmes des cellules nerveuses", explique Lukas Kremer, premier auteur de la présente publication. Santiago Cerrizuela, coauteur, ajoute : "Cette voie est refusée aux astrocytes ordinaires, car les gènes nécessaires sont bloqués par la méthylation de l'ADN.
Le manque d'approvisionnement en sang déclenche la reprogrammation des astrocytes en cellules souches et augmente la formation de nouveaux nerfs.
La méthylation pourrait-elle également être utilisée pour convertir les astrocytes en cellules souches cérébrales dans d'autres régions du cerveau, en dehors de la vSVZ ? "Il s'agirait d'une étape importante pour la médecine régénérative afin de réparer les zones endommagées du cerveau", explique Ana Martin-Villalba.
Des études antérieures avaient déjà montré qu'un manque d'apport sanguin, comme c'est le cas lors de lésions cérébrales, augmentait le nombre de cellules nerveuses nouveau-nées. Les profils de méthylation modifiés jouent-ils un rôle dans ce processus ?
Pour répondre à cette question, les chercheurs ont interrompu l'irrigation sanguine du cerveau de souris pendant une courte période. Résultat : des astrocytes présentant le profil de méthylation typique des cellules souches ont pu être détectés à l'extérieur de la vSVZ, de même qu'un nombre accru de cellules nerveuses progénitrices.
"Notre théorie est que les astrocytes normaux du cerveau sain ne forment pas de cellules nerveuses parce que leur profil de méthylation les en empêche", explique le responsable de l'étude, M. Martin-Villalba. "Les techniques visant à modifier spécifiquement le profil de méthylation pourraient représenter une nouvelle approche thérapeutique pour générer de nouveaux neurones et traiter les maladies nerveuses.
"Le manque de circulation sanguine entraîne apparemment les astrocytes de certaines régions du cerveau à redistribuer les marques de méthylation sur leur ADN de telle sorte que leur programme de cellules souches devient accessible. Les cellules reprogrammées commencent alors à se diviser et à former les précurseurs de nouveaux neurones", résume Simon Anders, avant d'ajouter : "Si nous comprenons mieux ces processus, nous pourrons peut-être stimuler spécifiquement la formation de nouveaux neurones à l'avenir. Par exemple, après un accident vasculaire cérébral, nous pourrions renforcer les capacités d'autoguérison du cerveau, qui normalement ne semblent pas suffisamment actives, afin que les dommages puissent être réparés".
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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