07 Août Affronter le danger avec maturité
Des chercheurs de l’Institut Weizmann et de l’Université hébraïque ont découvert que la maturation des cellules souches peut également servir de mécanisme de défense immunitaire.
Nous commençons tous notre vie sous la forme d’un ensemble de cellules souches embryonnaires dotées d’une capacité remarquable à se différencier en n’importe quel type de cellule de l’organisme. Même à l’âge adulte, notre corps abrite de petites populations de cellules souches adultes capables de se transformer en divers types de cellules matures et de régénérer certains tissus. Les cellules souches ne sont pas pressées de mûrir et, à l’instar de Peter Pan, peuvent rester jeunes pendant de nombreuses années. Aujourd’hui, des chercheurs de l’Institut Weizmann des Sciences et de l’Université Hébraïque de Jérusalem révèlent que ces éternels adolescents du monde cellulaire renoncent parfois à la longévité, se transforment en puissantes cellules antimicrobiennes et, lorsqu’elles sont infectées par des bactéries, meurent dans un élan d’altruisme cellulaire – protégeant ainsi le tissu d’une infection persistante. Ces résultats, publiés dans Nature Immunology, mettent en lumière le rôle actif que jouent les cellules souches dans la défense immunitaire et suggèrent que ce remodelage des cellules souches pourrait être impliqué dans les maladies inflammatoires et le cancer.
Dr. Moshe Biton
Toutes les cellules de notre corps possèdent le même matériel génétique, mais chaque type de cellule exprime des ensembles de gènes différents. Lorsque les cellules souches arrivent à maturité – un processus appelé différenciation –, elles activent certains gènes et en désactivent d’autres, mettant ainsi progressivement en œuvre le programme génétique de la cellule mature qu’elles sont en train de devenir et acquérant ses caractéristiques. Cette maturation a toutefois un coût élevé : la durée de vie d’une cellule souche peut passer de plusieurs années à quelques semaines, voire quelques jours seulement.
Dans cette nouvelle étude – menée par le Dr Sacha Lebon au sein du laboratoire du Dr Moshe Biton à l’Institut Weizmann, en collaboration avec le Dr Matan Hofree de l’Université Hébraïque – les chercheurs se sont intéressés à la paroi interne, ou épithélium, de l’intestin grêle, qui se caractérise par un renouvellement cellulaire rapide et continu. Ces cellules remplissent un large éventail de fonctions, allant de l’absorption des nutriments et de la sécrétion de mucus à la participation à la défense immunitaire.
Lors d’expériences menées sur des souris, les scientifiques ont étudié ce qu’il advient de ce tissu après une infection par la bactérie Salmonella. En l’espace d’une journée, la bactérie avait envahi une part importante des cellules souches chargées du renouvellement tissulaire. Pourtant, loin de provoquer une destruction généralisée, ce phénomène a en réalité accéléré le renouvellement cellulaire. Le séquençage génomique unicellulaire, qui permet de mettre en évidence les programmes génétiques actifs au sein de chaque cellule, a montré que les cellules souches infectées avaient davantage tendance à subir une maturation accélérée, se différenciant en types spécifiques de cellules épithéliales dotées de fonctions antibactériennes.
Tissu de l’intestin grêle de souris observé au microscope. À l’aide du génie génétique, les scientifiques ont désactivé le « détecteur de fumée » – l’inflammasome – dans une partie du tissu et ont examiné comment la réponse à l’infection par Salmonella avait évolué. Vingt-quatre heures après l’infection, de nombreuses cellules souches (en vert) sont visibles dans le segment désactivé (à gauche). En revanche, dans des conditions normales (à droite), les cellules souches ont réagi à l’invasion bactérienne en perdant leur identité de cellules souches (disparition du signal vert) et en subissant une différenciation excessive en cellules matures qui sécrètent la protéine antibactérienne lysozyme (en rouge). Les noyaux cellulaires sont représentés en bleu.
« Nous avons découvert que les cellules souches intestinales accélèrent leur maturation lorsqu’elles sont envahies par des bactéries », explique le Dr. Biton. « Comme ces cellules se divisent normalement tous les jours, la maturation garantit que les cellules infectées ne continuent pas à proliférer. En effet, une cellule souche infectée se “sacrifie”, acceptant une durée de vie raccourcie afin d’empêcher une infection prolongée et de permettre aux cellules souches restantes de restaurer le tissu. Un autre avantage de ce mécanisme est que les cellules souches se différencient de manière ciblée en cellules épithéliales qui produisent des substances antibactériennes, renforçant ainsi les défenses immunitaires. »
Jusqu’à présent, on pensait généralement que les cellules souches, malgré leur importance, n’étaient pas capables de se défendre seules et comptaient plutôt sur la protection assurée par les cellules immunitaires environnantes. Cependant, il a été démontré que la maturation en réponse à une infection constituait un mécanisme de défense intrinsèque des cellules souches – un mécanisme qui s’est révélé efficace même chez des souris génétiquement modifiées dépourvues de système immunitaire fonctionnel. Les chercheurs ont découvert que chaque cellule souche intestinale contient des complexes protéiques, appelés inflammasomes, qui agissent comme des « détecteurs de fumée » en cas d’invasion bactérienne. Bien que des détecteurs similaires existent dans les cellules immunitaires innées, ce n’est que dans les cellules souches qu’ils déclenchent un programme de maturation accélérée en réponse à une infection.
Dr. Sacha Lebon
Les scientifiques ont découvert que ce mécanisme immunitaire récemment identifié intervient également dans des modèles intestinaux humains cultivés en laboratoire (organoïdes) infectés par Salmonella. En collaboration avec le professeur Yael Haberman Ziv du Centre médical Sheba, ils ont mis en évidence un lien entre l’activation de ce mécanisme et certaines espèces bactériennes couramment présentes chez les personnes atteintes de la maladie de Crohn.
« L’inflammation est la réponse de l’organisme à des agents nocifs ou étrangers : elle aide les tissus à guérir, mais peut devenir destructrice lorsqu’elle s’emballe et devient chronique », explique le Dr. Biton. « Nous émettons l’hypothèse qu’une différenciation excessive des cellules souches en cellules matures dotées d’une activité antibactérienne pourrait contribuer à l’inflammation chronique et exagérée observée dans la maladie de Crohn. Il se peut également que cette maturation accélérée soit une conséquence de la maladie, puisque la maladie de Crohn est associée à de fréquentes infections bactériennes et que les cellules souches pourraient être amenées à travailler en surmenage pour y faire face. Quoi qu’il en soit, il est désormais clair que l’étude des cellules souches est essentielle pour comprendre les maladies inflammatoires chez l’être humain. »
Dr. Matan Hofree
A l’avenir, la maturation accélérée des cellules souches pourrait s’avérer être un mécanisme de défense efficace non seulement contre l’invasion bactérienne, mais aussi contre d’autres formes de lésions. Il est possible que ces « détecteurs de fumée » cellulaires puissent également détecter des lésions génétiques, une inflammation ou un dérèglement métabolique, déclenchant ainsi une différenciation afin de mettre un terme à la division des cellules endommagées. De cette manière, ce mécanisme pourrait raccourcir la durée de vie des cellules compromises et contribuer à prévenir les maladies. « J’espère que ces découvertes contribueront à terme à l’amélioration des traitements contre les maladies inflammatoires et le cancer », déclare Biton.
La Science en Chiffres
Les cellules souches de l’intestin, une structure qui s’étend sur 6 à 7 mètres de long, comptent parmi les cellules les plus actives du corps humain : elles se divisent toutes les 24 heures, remplaçant ainsi la plupart des cellules matures qui tapissent l’intestin grêle tous les 5 jours, tout au long de notre vie.
Pour lire l’article original en anglais, cliquez ici
