Un petit groupe de cellules présentes dans l'embryon humain dirigent les autres cellules embryonnaires, un travail d'organisation qui dicte les activités du développement du fœtus, affirment des scientifiques américains.

Un texte d'Alain LabelleLes facteurs qui façonnent le destin d'une cellule demeurent un mystère. Pourquoi, par exemple, une cellule souche d'un embryon humain devient-elle un neurone plutôt qu'une cellule musculaire? Et pourquoi une autre cellule participe-t-elle à la création du cartilage plutôt que du tissu cardiaque?

Le Dr Ali H. Brivanlou et ses collègues de l’Université Rockefeller de New York affirment avoir réussi à observer pour la première fois les circuits moléculaires qui déterminent le destin d'une cellule.

Leurs travaux permettent, selon eux, de mieux cerner les premiers stades du développement humain et pourraient à terme mener à de nouveaux traitements pour un large éventail de maladies.

Génies de l'organisation

La médecine avait déjà établi que les cellules souches embryonnaires peuvent se différencier en n'importe quel autre type de cellules spécialisées du corps qui mènent à la création des os, du foie, des poumons ou du cerveau.

Elle savait aussi que des groupes spéciaux de cellules observés dans les embryons d'amphibiens et de poissons jouent un rôle central dans le façonnement des structures de développement précoce.

Ces groupes de cellules coordonnatrices émettent des signaux moléculaires qui permettent de commander à d'autres cellules de se développer d’une façon ou d’une autre.

Lorsqu'une telle coordonnatrice est transplantée d'un embryon à un autre, elle incite son nouvel hôte à produire une deuxième colonne vertébrale et un autre système nerveux central.

En raison des règles éthiques qui limitent l'expérimentation sur les embryons humains, il était toutefois impossible d’établir si un organisateur similaire existait chez l'être humain.

Des embryons humains artificiels

Pour savoir si des cellules organisatrices existaient chez l’humain, les scientifiques américains ont effectué une série d'expériences impliquant des embryons humains artificiels composés de minuscules grappes de cellules, d'environ un millimètre de diamètre, cultivées en laboratoire à partir de cellules souches embryonnaires humaines.

Selon les chercheurs, ces embryons artificiels contiennent assez de cellules et de tissus pour permettre de comprendre ce qui se passerait dans la réalité.

D’autres études ont révélé que trois voies de signalisation différentes favorisent le développement embryonnaire précoce chez des animaux tels que les souris et les grenouilles.

Les chercheurs ont activé ces voies dans leurs embryons humains artificiels pour constater que les mêmes signaux moléculaires peuvent également stimuler le développement des cellules humaines.

De plus, lorsque ces signaux étaient activés dans le bon ordre, les embryons artificiels généraient même leurs propres cellules organisatrices.

Il peut cependant exister une différence entre le comportement de cellules en laboratoire et à l'intérieur d'un véritable embryon.

Validation nécessaire

Afin de vérifier leur découverte, les chercheurs ont greffé des embryons humains artificiels à de véritables embryons de poulet. Un marqueur fluorescent permettait d’identifier les cellules humaines, ce qui a permis de suivre précisément les cellules sous un microscope.

Ce qu’ils ont observé les a étonnés.

Un travail structuré

La transplantation de cellules d'une espèce à une autre n'est pas un travail facile. L’équipe avait tenté auparavant de réaliser la chose en combinant des embryons humains artificiels à de véritables embryons de souris, sans succès. Et personne n’avait réussi à greffer des cellules embryonnaires humaines aux premiers stades de développement d’un embryon d'oiseau.

Pourtant, dès que les scientifiques ont ajouté les cellules humaines à leurs hôtes aviaires, celles-ci ont commencé à jeter les bases d'une colonne vertébrale secondaire et d'un système nerveux, une réalité qui montrait manifestement la présence d'un groupe de cellules organisatrices humaines.

L’équipe a été encore plus surprise par la provenance de ces structures. Car si les cellules créatrices du cartilage et du tissu osseux – qui ont, le cas échéant, donné vie à une deuxième colonne vertébrale – étaient entièrement composées de cellules humaines, les débuts du tissu nerveux qui formerait en fin de compte sa moelle épinière et son cerveau étaient composés exclusivement de cellules de poulet.

Selon eux, le fait que des cellules humaines soient capables de construire de nouvelles structures dans l'embryon d'un oiseau, un animal plus étroitement lié aux dinosaures qu'aux humains, démontre que la capacité des cellules animales à choisir un destin particulier a été conservée pendant des centaines de millions d'années d'évolution.

Le fait que ces mêmes cellules humaines aient été capables de pousser les cellules de poussins à devenir des tissus nerveux indique aussi que les molécules impliquées dans la communication cellulaire ont été conservées aussi longtemps.

Une connaissance importante

Comprendre comment les cellules souches indifférenciées deviennent un type particulier de tissu est une information importante pour la médecine régénératrice. Celle-ci est en effet basée sur des technologies fondées sur les cellules souches, pour guérir et rajeunir des tissus défaillants, ou même pour les remplacer par des tissus fraîchement développés.

Le détail de ces travaux est publié dans la revue Nature (en anglais).

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