La Régénération cellulaire
1/Qu'est-ce que la régénération cellulaire?
Une autre solution qui permettrait de devenir immortel se base sur le principe de la régénération cellulaire.
La régénération cellulaire, est la reconstitution à l’identique d’un organe, d’un membre, ou d’un tissu organique de notre corps en stimulant nos cellules.
Ce procédé pourrait faire repousser un membre amputé, reconstruire des organes atteints de maladies dégénératives, et inverser le processus du vieillissement.
Le traitement médical associé à la régénération cellulaire est appelé thérapie cellulaire. La reconstruction par les cellules qu’utilise la thérapie cellulaire est centrée sur un type de cellules particulier : les cellules souches.
Ces cellules sont des cellules indifférenciées qui possèdent deux propriétés caractéristiques :
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elles peuvent se répliquer parfaitement à l’identique – et donc à l’infini,
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et peuvent se spécialiser en n’importe quel type de cellules de notre corps.
La première propriété permettrait donc en théorie de stopper net le vieillissement, car la division des cellules souches ne réduirait pas les télomères.
La seconde propriété permettrait de reconstituer n’importe quel organe, après une ablation ou une amputation.
Ces cellules possèdent donc des similarités avec les cellules cancéreuses. Cependant, les cellules souches sont intégrées et contrôlées par le corps, ce qui les rend inoffensives.
Les cellules souches ne sont donc pas affectées par l'apoptose, et leurs télomères ne se reduisent pas.
Photo de cellule souche embryonnaire
2/Différents types de cellules souches
On différencie les cellules souches selon 2 critères : leur origine (embryonnaire, fœtale ou adulte), et leur capacité de spécialisation (tout type de cellules ou cellules d’un organe particulier).
On peut distinguer 4 grands groupes de cellules souches :
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Tout s’abord, les cellules souches totipotentes. Ce sont les cellules présentes chez l’embryon précoce, c’est-à -dire la cellule œuf. Elles produisent toutes les cellules de l’embryon, mais sont aussi à l’origine des organes annexes comme le placenta et le cordon ombilical. Cependant, malgré le fait qu’elles soient à elles seules à l’origine de l’embryon entier, elles sont incapables de se spécialiser.
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On appelle cellules pluripotentes les cellules souches présentes chez l’embryon à partir de 5 à 7 jours. Elles sont capables de se répliquer indéfiniment et de se spécialiser en tout type de cellule, contrairement aux cellules totipotentes. Elles sont aussi à l’origine de tous les organes de notre corps.
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On appelle cellules multipotentes les cellules souches de l’organisme que l’on retrouve communément chez l’adulte. Elles
sont stockées dans des tissus particuliers afin de pouvoir produire, lorsqu’elles se divisent, d’une part une cellule destinée à se spécialiser pour constituer un organe, et d’autre part une cellule souche identique à la première pour que le stock de cellules souches reste constant. Ce sont donc des cellules capables de se répliquer indéfiniment, mais elles peuvent uniquement se spécialiser en cellules qui composent le tissu où elles sont présentes. (Exemple : la moelle osseuse contient des cellules souches multipotentes).
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Enfin, il existe les cellules unipotentes qui possèdent les mêmes propriétés que les cellules multipotententes, à ceci près qu’elles ne peuvent se spécialiser non pas en toutes les cellules composant les tissus, mais en un seul type cellulaire particulier.
On peut dire en général que les cellules souches issues de l’embryon (totipotentes et pluripotentes) ont une capacité de multiplication et de spécialisation plus élevée que les cellules souches adultes (unipotentes et mutltipotentes), mais elles sont moins faciles à manipuler, et les risques de rejet dans le cas d’une greffe sont plus importants.
3/La régénération cellulaire dans la nature
La régénération est donc un procédé de reconstruction par les cellules, dont le facteur principal est les cellules souches.
Cependant, bien que ces cellules fassent partie intégrante de notre corps, elles ne permettent pas de manière innée de régénérer nos organes.
Il existe pourtant des animaux capables d’utiliser ce procédé, ce qui tente à montrer qu’il est réalisable. Nous allons étudier 3 organismes où la régénération cellulaire est très utilisée : La planaire d’eau douce, l’hydre, et l’axolotl.
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La planaire d’eau douce est un ver plat, de la famille des turbéllaridés vivant en eau douce comme son nom l’indique. C’est un invertébré aux facultés remarquables, possédant une formidable capacité de régénération.
En effet, si son corps est tranché en 2 parties, elle est capable de recréer de chaque côté, la partie manquante de son corps. La planaire utilise en effet la régénération par épimorphose. C’est un procédé de régénération par prolifération de cellules souches pour reconstruire les organes.
Photo d'une planaire d'eau douce
La planaire possède ce que l’on appelle un néoblaste, c’est-à -dire une réserve de cellules souches totipotentes présentes partout dans son corps. Ces cellules n’ont pas la même vocation que les cellules souches pluripotentes, car elles ne produisent des cellules qu’en cas de crise aigue chez l’animal (amputation, irradiation, tumeur…).
Lors de l’amputation de l’animal, les cellules souches du néoblaste vont toutes migrer vers la plaie, quelle que soit leur position dans l’organisme. Si par exemple, on ampute la queue de l’animal, des cellules souches venant de la tête de la planaire vont aussi migrer.
Une fois rassemblées au niveau de la partie manquante, les cellules souches vont former ce que l’on appelle un blastème de régénération. Un blastème est simplement le nom pour désigner un amas de cellules souches indifférenciées qui vont produire un organe.
Les cellules souches vont ensuite produire un maximum de cellules spécialisées. Les cellules filles vont alors reconstruire entièrement les tissus amputés.
Une fois la régénération terminée, les cellules souches reprennent leur disposition et repeuplent tout le corps de la planaire.
Epimorphose chez la planaire d'eau douce
Schéma de la morphallaxie de l'hydre
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L’hydre est également un organisme invertébré maitrisant la régénération cellulaire. C’est un polype d’eau douce de la famille des cnidaires. On le rencontre fréquemment dans les cours d’eau lents, où il se nourrit de petits invertébrés.
Il est capable, à l’instar de la planaire de se régénérer.
Néanmoins, l’hydre utilise un mécanisme de régénération différent de la planaire.
Il utilise la morphalaxie, un procédé plus simple que l’épimorphose, et n’utilisant pas de blastème. En fait, lors de la section de l’hydre, les cellules limitrophes à la blessure vont envoyer un signal à l’aide de protéines aux autres cellules, et pourrir par apoptose.
L’intégralité des cellules des deux parties de l’animal vont alors se déspécialiser pour retrouver un état de cellules totipotentes, et chaque morceau va se développer indépendamment comme le ferait un embryon pour donner naissance à 2 nouveaux hydres.
Cependant, bien que l’hydre et la planaire soient des modèles de régénération cellulaire, ils restent des organismes beaucoup plus simples que celui de l’homme. On ne pourrait donc théoriquement pas appliquer leurs processus de régénération à l’homme.
Tubéllaridés: Les turbellariés sont des vers plats qui ont des formes libres et parasites d'un seul hôte (poissons, tortues, amphibiens). Ils sont marins pour la plupart.
Néoblaste: Un néoblaste est une cellule indifférenciée qui assure la reconstitution de tissus lésés ou amputés chez les espèces à fort pouvoir de régénération comme les Turbellariés chez les Polychètes.
Cnidaires: Les cnidaires constituent un embranchement d’animaux aquatiques (essentiellement marins). Ils se retrouvent sous deux formes : lorsqu’ils sont fixés, on parle de polypes (c’est le cas du corail ou des anémones de mer), lorsqu’ils sont nageurs, alors ce sont des méduses.
Epithélium: Les épithéliums sont des tissus constitués de cellules étroitement juxtaposées (ou jointives), sans interposition de fibre ou de substance fondamentale
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L’axolotl, un des seuls vertébrés maitrisant la régénération cellulaire. C'est un amphibien, qui vit en eau douce d’Amérique centrale. C'est un animal très étrange, car il passe toute sa vie à l'état larvaire, et ses capacités de régénérations lui permettent de faire repousser ses membres.
Reconstruction de la patte de l'axolotl
Photo d'un Axolotl
L'axolotl étant un vertébré relativement proche de l'homme, on peut espérer que sont mécanisme de régénération sera reproductible chez l'homme.
Lors de l’amputation de l’axolotl, une masse de cellules migre rapidement vers la plaie et referme la blessure. on appelle cet amas le épithélium de guérison.
Une fois la blessure refermée, l'axolotl va utiliser un procédé semblable à l'épimorphose de la planaire. Il doit donc rassembler ses cellules souches pluripotentes pour former le blastème et faire "repousser" son bras.
Cependant contrairement à la planaire, l'axolotl possède un stock de cellules souches très limitées (comme la plupart des vertébrés au stade adulte). Pour pallier ce manque, les cellules proches de la blessure vont entamer un processus de "dé-différenciation".
On peut comparer la dé-différenciation à la différenciation des cellules souches, mais dans le sens inverse. Les cellules différenciées reprennent donc la forme et les propriétés des cellules souches pluripotentes.
Les cellules souches forment un blastème et se multiplient pour produire les cellules de reconstruction. Le processus de reformation du membre est alors très semblable à celui de l’embryon, utilisant les gènes qui définissent le patron du membre.
Ce redéveloppement n’est cependant pas exactement le même mécanisme que chez l’embryon, car elle est dite « régénération par intercalation ».
En effet, la manière d’utiliser les gênes en lien avec le développement est différente, car contrairement à la phase de développement de l’embryon, où chaque gène est utilisé l’un après l’autre, ils sont utilisés tous en même temps pour accélérer la régénération.
Ainsi, chaque groupe du blastème reproduira indépendamment une partie du membre coupé. Pour le bras par exemple, les cellules de l’extrémité extérieure du blastème produiront la main, tandis que celles à l’extrémité intérieure produiront le stylopode.
Schéma de la regénération par intercallation
4/Où en est-on la thérapie cellulaire aujourd'hui ?
L’exemple de l’axolotl montre donc que chez les vertébrés, la régénération cellulaire est permise plus facilement par le procédé d’épimorphose. Ensuite, ce sont les gênes du développement embryonnaire (exprimé différemment) qui conduisent à la régénération des organes.
Reste à savoir comment redonner aux cellules différenciées de l’homme les propriétés des cellules souches.
En 2006, le professeur Yamanaka de l’université de Kobé, a réussi, grâce à un cocktail génétique, à dédifférencier des cellules de peau pour leur faire retrouver un état de cellule souche. Cet exploit lui a d’ailleurs valu le prix Nobel de la médecine en 2012.
Le procédé est le suivant :
Ce sont les gènes Oct3/4, c-Myc, Klf4 et Sox-2 qui sont responsables de la reprogrammation. On les réintroduit dans le noyau de la cellule, à l’aide d’un vecteur, et, en quelques semaines on obtient des cellules souches.
Les cellules souches reproduites en laboratoires sont appelées IPS.
Professeur Yamanaka de l'université de Kobé
5/Les enjeux futurs
L’enjeu aujourd’hui, est de redifférencier in-vitro les IPS pour maitriser leur développement dans le cas de greffe pour la thérapie cellulaire. C’est la prochaine étape avant l’application de la médecine régénérative.
La thérapie cellulaire pourrait révolutionner notre vie. En effet nous pourrions appliquer le processus de régénération pour reformer les tissus de notre corps lorsqu’il vieillit. Les cellules sénescentes de notre corps pourraient être reprogrammées en cellules souches qui seraient rajeunies. La régénération pourrait alors nous donner la capacité de renouveler notre corps, nous offrant une jeunesse éternelle. Nous serions capables de stopper les maladies dégénératives, et d’inverser le vieillissement.
De plus, des tests sur les planaires ont montré que l’épimorphose permettait d’éradiquer toute forme de cancer, à partir d’un tissu non contaminé. Même si tout le corps de l’animal est touché, il suffit d’une greffe d’un tissu sain pour que les cellules souches recolonisent le corps, et éradiquent les tumeurs.
Cellules sénescentes: est dit de cellule atteintes par vieillissment