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Pour les cellules souches, plus grosse ne veut pas dire meilleure

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Les biologistes du MIT ont répondu à une question biologique importante : pourquoi les cellules contrôlent-elles leur taille ?

Les cellules du même type ont une taille étonnamment uniforme, tandis que la taille des cellules diffère selon les différents types de cellules. Cela soulève la question de savoir si la taille des cellules est importante pour la physiologie cellulaire.

La nouvelle étude suggère que l’élargissement cellulaire entraîne un déclin de la fonction des cellules souches. Les chercheurs ont découvert que les cellules souches sanguines, qui comptent parmi les plus petites cellules du corps, perdent leur capacité à remplir leur fonction normale – reconstituer les cellules sanguines du corps – à mesure qu’elles grossissent. Cependant, lorsque les cellules ont retrouvé leur taille habituelle, elles se sont à nouveau comportées normalement.

Les chercheurs ont également découvert que les cellules souches sanguines ont tendance à grossir avec l’âge. Leur étude montre que cet élargissement contribue au déclin des cellules souches au cours du vieillissement.

"Nous avons découvert l'élargissement cellulaire comme un nouveau facteur de vieillissement in vivo, et nous pouvons maintenant explorer si nous pouvons traiter l'élargissement cellulaire pour retarder le vieillissement et les maladies liées au vieillissement", explique Jette Lengefeld, ancienne postdoctorante du MIT, qui est maintenant chercheuse principale. à l'Université d'Helsinki.

Lengefeld est l'auteur principal de l'étude, qui paraît aujourd'hui dans Science Advances. La regrettée Angelika Amon, professeur de biologie au MIT et membre de l'Institut Koch pour la recherche intégrative sur le cancer, est l'auteur principal de l'étude.

Des effets démesurés

On sait depuis les années 1960 que les cellules humaines cultivées dans une boîte de laboratoire grossissent à mesure qu’elles deviennent sénescentes – un état cellulaire sans division associé au vieillissement. Chaque fois qu’une cellule se divise, elle peut subir des dommages à son ADN. Lorsque cela se produit, la division est interrompue pour réparer les dégâts. Durant chacun de ces délais, la cellule grossit légèrement. De nombreux scientifiques pensaient que cet élargissement était simplement un effet secondaire du vieillissement, mais le laboratoire Amon a commencé à étudier la possibilité que la grande taille des cellules entraîne des pertes de fonction liées à l'âge.

Lengefeld a étudié les effets de la taille sur les cellules souches, en particulier sur les cellules souches sanguines, qui donnent naissance aux cellules sanguines de notre corps tout au long de la vie. Pour étudier comment la taille affecte ces cellules souches, les chercheurs ont endommagé leur ADN, entraînant une augmentation de leur taille. Ils ont ensuite comparé ces cellules hypertrophiées à d’autres cellules qui ont également subi des dommages à l’ADN, mais dont la taille a été empêchée par un médicament appelé rapamycine.

Après le traitement, les chercheurs ont mesuré la fonctionnalité de ces deux groupes de cellules souches en les injectant à des souris dont les propres cellules souches sanguines ont été éliminées. Cela a permis aux chercheurs de déterminer si les cellules souches transplantées étaient capables de repeupler les cellules sanguines de la souris.

Ils ont découvert que les cellules souches endommagées et hypertrophiées par l’ADN étaient incapables de produire de nouvelles cellules sanguines. Cependant, les cellules souches endommagées par l’ADN et restées petites étaient toujours capables de produire de nouvelles cellules sanguines.

Dans une autre expérience, les chercheurs ont utilisé une mutation génétique pour réduire la taille des grandes cellules souches naturelles trouvées chez des souris plus âgées. Ils ont montré que s’ils incitaient ces grandes cellules souches à redevenir petites, les cellules retrouvaient leur potentiel de régénération et se comportaient comme des cellules souches plus jeunes.

"Il s'agit d'une preuve frappante qui soutient le modèle selon lequel la taille est importante pour la fonctionnalité des cellules souches", déclare Lengefeld. « Lorsque nous endommageons l'ADN des cellules souches tout en les gardant petites pendant les dommages, elles conservent leur fonctionnalité. Et si nous réduisons la taille des grosses cellules souches, nous pouvons restaurer leur fonction.

Jusqu'à présent, étudier la fonction de la taille des cellules était difficile à réaliser, explique Jan Skotheim, professeur de biologie à l'Université de Stanford.

"Nous savons que les cellules, par divers mécanismes, fonctionnent pour maintenir leur taille dans une plage spécifique, mais nous n'avons pas vraiment compris pourquoi", explique Skotheim, qui n'a pas participé à la recherche. "C'est vraiment le premier travail montrant la fonction de la taille des cellules chez un animal."

Garder les cellules petites

Lorsque les chercheurs ont traité des souris avec de la rapamycine, dès leur plus jeune âge, ils ont pu empêcher le développement des cellules souches sanguines à mesure que les souris vieillissaient. Les cellules souches sanguines de ces souris sont restées petites et ont pu construire des cellules sanguines comme de jeunes cellules souches, même chez des souris âgées de 3 ans – un âge avancé pour une souris.

La rapamycine, un médicament capable d'inhiber la croissance cellulaire, est désormais utilisée pour traiter certains cancers et prévenir le rejet des greffes d'organes. Elle a suscité l'intérêt pour sa capacité à prolonger la durée de vie des souris et d'autres organismes. Cela pourrait être utile pour ralentir le développement des cellules souches et pourrait donc avoir des effets bénéfiques chez l'homme, explique Lengefeld.

"Si nous trouvons des médicaments spécifiques pour réduire à nouveau la taille des grandes cellules souches sanguines, nous pourrons vérifier si cela améliore la santé des personnes qui souffrent de problèmes avec leur système sanguin - comme l'anémie et un système immunitaire affaibli - ou peut-être même aider les personnes souffrant de problèmes sanguins. leucémie », dit-elle.

Les chercheurs ont également démontré l’importance de la taille dans un autre type de cellules souches : les cellules souches intestinales. Ils ont découvert que les cellules souches plus grosses étaient moins capables de générer des organoïdes intestinaux, qui imitent la structure de la muqueuse intestinale.

"Cela suggère que cette relation entre la taille et la fonction des cellules est conservée dans les cellules souches et que la taille cellulaire est un marqueur de la fonction des cellules souches", explique Lengefeld.

La recherche a été financée en partie par le Howard Hughes Medical Institute, le Jane Coffin Childs Memorial Fund, le Fonds national suisse de la recherche scientifique, l'Institut national Eunice Kennedy Shriver pour la santé de l'enfant et le développement humain, la subvention (de base) de l'Institut Koch de le National Cancer Institute et la MIT Stem Cell Initiative.

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Source : https://news.mit.edu/2021/stem-cells-bigger-doesnt-mean-better-1112

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