Le mystère des membres qui repoussent

Certains animaux peuvent régénérer leurs membres amputés. Une équipe lyonnaise cherche à découvrir quels sont les secrets cellulaires qui soutiennent ce “super-pouvoir”.

Celles et ceux qui ont joué enfant avec des lézards s’en souviennent surement : quand on l’attrape par la queue, le lézard abandonne celle-ci derrière lui pour se sauver. “Presque tous les grands groupes d’animaux comptent parmi eux des espèces capables de régénérer un membre ou une partie du corps”, relève Michalis Averof, chercheur à l’Institut de Génomique Fonctionnelle de Lyon (Université Claude Bernard Lyon 1 / CNRS / ENS de Lyon).

Son équipe étudie cette capacité chez des crustacés. On la retrouve aussi chez des mollusques comme les poulpes et les calamars, chez plusieurs types de vers et chez des vertébrés comme les poissons et les salamandres.

Un phénomène central pour la médecine de demain

La régénération est un phénomène fascinant qui a nourri de nombreuses légendes, mais elle est encore très mal connue. “Mon équipe et moi-même étudions comment cela se passe au niveau de la cellule”, résume Michalis Averof.

Quels sont les mécanismes grâce auxquels l’organisme réussit à effectuer ce remplacement des organes perdus ? Michalis Averof, qui travaille depuis plusieurs années sur la régénération, vient d’obtenir un financement ERC Advanced de l’Union Européenne pour percer ce mystère.

Repérer les lésions ou les organes malades grâce à des cellules nouvelles qui viendraient remplacer les cellules atteintes, c’est en effet le but de la médecine régénérative. Mais cette stratégie de soin n’en est encore qu’à ses débuts : est-ce qu’un tel projet peut lui apporter de nouvelles pistes?

“Nous cherchons plutôt à répondre à des questions très basiques, très fondamentales”, tempère Michalis Averof. Quelles sont les cellules qui créent le nouvel organe ? Comment sont-elles organisées ? Comment se comportent-elles pendant la régénération ? Quels sont leurs points communs et leurs différences chez les différentes espèces qui peuvent régénérer un membre ? “On connaît bien les mécanismes du développement chez l’embryon : comment il se développe pour faire des organes, des membres, un système nerveux… Mais on ne sait pas comment cela se passe dans un organisme adulte.”

A la découverte des cellules progénitrices

Au début du développement embryonnaire, les cellules ne sont pas différenciées. Puis, au fur et à mesure que les embryons se développent, les cellules se spécialisent : muscle, épiderme, système nerveux… Au moment de la naissance, la plupart des cellules de notre corps ont perdu leur plasticité. Ils ne sont plus capables de recréer un organe. L’être humain, par exemple, est capable de renouveler les cellules de la peau ou du sang, mais pas de reconstruire un nouveau cerveau ou un cœur.

Comment un organisme peut-il retrouver cette plasticité des cellules, leur faire retrouver la capacité à recréer un organe ? Pour répondre à cette question, on peut étudier comment cela se passe chez les espèces qui ont la capacité de se régénérer à l’âge adulte. L’équipe de Michalis Averof aborde ce sujet en étudiant la régénération des pattes chez un petit crustacé, appelé Parhyale. Les scientifiques ont commencé leur recherche en étudiant quelles sont les cellules qui possèdent le pouvoir de donner une nouvelle population de cellules différenciées (muscle, nerfs, épiderme…).

Qui sont donc ces cellules dites “progénitrices”? “Cela pourrait être des cellules-souches spécialisées dans la régénération, ou des cellules déjà différenciées ayant la capacité de se respécialiser. Le but de ce nouveau projet est de le comprendre.” Pour cela, les chercheurs ont développé une approche basée sur la microscopie.

Il faut d’abord marquer les différents types de cellules. On introduit un gène produisant une protéine fluorescente, qui va s’exprimer uniquement sur le muscle, ou le nerf, ou l’épiderme. Il est ensuite assez facile d’observer ces cellules marquées sous le microscope. L’équipe de Michalis Averof a également mis au point une méthode permettant de regarder à l’imagerie microscopique la patte d’un animal vivant pendant tout le processus de régénération, qui peut prendre une semaine ou plus. Les vidéos prises sur plusieurs jours permettent de tracer une cellule pendant tout le processus de la régénération et voir lesquelles vont donner les muscles, lesquelles vont donner l’épiderme, les tendons etc.

Des cellules présentes chez un ancêtre commun ?

L’équipe a déjà réussi à identifier un type de cellule progénitrice pour le muscle. Ce qui est étonnant, c’est que cette cellule ressemble à un type de cellule qu’on retrouve aussi chez les vertébrés, y compris chez les humains. “Il existe une probabilité que les similarités que nous avons constaté soient superficielles, et que ce ne soient pas vraiment les mêmes cellules”, rappelle Michalis Averof. “Mais si c’est bien le cas, cela veut dire qu’elles étaient présentes chez les ancêtres communs des arthropodes (dont les crustacés) et des vertébrés. La question est donc de savoir si une capacité de régénérer des muscles était présente chez nos ancêtres communs, ou si elle a évolué plusieurs fois chez les animaux.”

Et de conclure avec un sourire : “On a encore beaucoup de boulot.” Un boulot qui pourrait fournir des bases théoriques précieuses aux équipes de recherche médicale, qui s’intéressent à la question dans un but thérapeutique.