Cellules souches et homéostasie tissulaire

Les cellules souches sont essentielles au développement et à la maintenance des organes et des tissus. Elles se caractérisent par leur capacité à se diviser et à générer des cellules différenciées.

 

Figure 1 : Les cellules souches (vert) renouvellent l’intestin et se différencient en cellules entéroendocrines (EE, rouge) et en entérocytes (EC, large noyaux en bleu)..

Comprendre cette double capacité, de renouvellement et de différenciation est l’un des défis de la médecine régénérative, et conduira à des conséquences remarquables pour la biologie du cancer. Notre équipe tend à identifier les mécanismes impliqués au cours de ces deux processus, pour à terme comprendre comment leur façon d’interagir permet de maintenir l’homéostasie d’un tissu. Nous utilisons le modèle simple de l’intestin de drosophile, qui contient environ un millier de cellules souches intestinales (ISC) multipotentes. Les cellules souches intestinales produisent les deux types de cellules différenciées qui composent l’intestin : les entérocytes et les entéroendocrines (Fig 1). Ces cellules différenciées sont régénérées environ une fois par semaine dans les tissus sains, mais ce renouvellement peut être accéléré après ingestion de bactéries pathogènes ou de produits corrosifs (DSS, paraquat). Cela fait de ce tissu un modèle excellent et simple pour l’étude des tissus de mammifères tel que l’intestin, les poumons ou la peau, qui eux aussi peuvent répondre à des changements environnementaux par une régénération active.

 

Figure 2 : Au cours du vieillissement, des mutations spontanées apparaissent au sein des cellules souches adultes. Celles-ci conduisent souvent à une inactivation du gène suppresseur de tumeur, Notch, conduisant à la formation de néoplasies (en rouge) pour 10% des mouches males agés.

Nous utilisons ce modèle pour répondre à plusieurs questions importantes:

1. Comment la prolifération cellulaire des cellules souches est-elle régulée ?
2. Qu’est ce qui contrôle le choix cellulaire au cours de la différenciation des cellules souches ?
3. Nous utilisons également ce modèle pour comprendre les premières étapes de l’initiation d’un cancer: comment les mutations somatiques se produisent ? Quelles sont les conséquences de ces dernières sur les cellules souches et tissus adultes?

 

Figure 3 : Nous utilisons des techniques de séquençage du génome entier dans le but de définir les évènements moléculaires ayant lieu durant le vieillissement des cellules souches. Exemple du séquençage entier d’une néoplasie (rouge) et son contrôle (vert) mettant en évidence les larges réarrangements au niveau du locus de Notch.

Contrôle de la prolifération : Afin de mieux comprendre le contrôle de la prolifération et de la différenciation des cellules souches, nous avons effectué un crible génétique à l’EMS (éthylméthanesulfonate) dans le but d’identifier de nouveaux régulateurs. Actuellement, grâce à cette technique, nous étudions plusieurs gènes, dont des régulateurs du remodelage de la chromatine conservés chez les mammifères. Mais également des gènes retrouvés mutés dans des cancers chez l’homme, et qui sont indispensables dans l’intestin de la drosophile pour limiter la prolifération cellulaire.

Contrôle de la différenciation : Dans notre précédente étude (Bardin AJ, 2010), nous avons identifié les facteurs de transcription achaete-scute comme étant essentiels pour la différentiation des cellules souches en cellules entéroendocrines. Nous avons depuis trouvé d’autres facteurs contrôlant la différentiation en cellules entéroendocrines dont nous étudions les mécanismes d’action (Sallé, et al, 2017). Ce projet permettra de mieux appréhender comment s’installe l’équilibre entre les différents types de cellules différenciées dans un tissu homéostatique.

Mutations spontanées : Nous utilisons l’intestin de drosophile pour déterminer les mécanismes sous-jacents aux mutations spontanées. Nous avons récemment montré que les cellules souches intestinales acquièrent des mutations spontanées au cours du vieillissement, ce qui conduit à une mutation fréquente du gène suppresseur de tumeur Notch ainsi qu’à la formation de la néoplasie (Fig.2). Nous passons par la technique de séquençage entier du génome pour déterminer la nature et les mécanismes de la mutation somatique des cellules souches (Fig.3). Plus précisément, nous aimerions déterminer l’impact d’un régime alimentaire particulier, de l’action de bactéries pathogènes ou encore d’autres composants environnementaux, dans la formation de mutation.