La régénération des nageoires et des membres repose sur un répertoire cellulaire partagé

États-Unis - Agence de presse Ekhbary

La régénération des nageoires et des membres repose sur un répertoire cellulaire partagé

Dans une découverte qui approfondit notre compréhension de la régénération biologique, les scientifiques ont identifié une "boîte à outils" cellulaire et génétique commune qui permet à certains vertébrés de régénérer leurs nageoires et leurs membres perdus. La recherche, publiée dans la revue Nature Communications, se concentre sur le bichir du Sénégal, l'axolotl, et le poisson-zèbre, mettant en lumière des capacités régénératives remarquables qui offrent des perspectives cruciales sur l'histoire évolutive ancienne de ce phénomène à travers le règne animal.

Le bichir du Sénégal (Polypterus senegalus), un poisson considéré comme un "fossile vivant" en raison de la conservation de traits ancestraux, sert de modèle d'étude privilégié pour la régénération. Cette espèce possède la capacité extraordinaire de régénérer entièrement ses nageoires après amputation, ce qui en fait un sujet d'étude essentiel pour comprendre les origines de la régénération des membres. Sa position à la base de l'arbre évolutif des poissons osseux modernes offre une perspective unique sur le développement ancien des capacités régénératives.

Menée par Igor Schneider, biologiste spécialisé en biologie évolutive du développement à l'Université d'État de Louisiane, l'équipe de recherche a enquêté sur ces mécanismes. Ils ont méticuleusement suivi l'activité génique sur les sites de blessure des nageoires de bichir après amputation, comparant ces données à des ensembles de données similaires, nouveaux et existants, provenant de l'axolotl, réputé pour sa régénération des membres, et du poisson-zèbre, capable de régénérer les extrémités osseuses de ses nageoires. Cette approche comparative visait à identifier les processus cellulaires et moléculaires conservés.

L'étude a révélé un rôle essentiel des cellules immunitaires dans les premières étapes de la régénération chez les trois espèces. Lors de la blessure, les cellules immunitaires migrent rapidement vers le site de la lésion. Si leur première tâche est de combattre les infections bactériennes potentielles – une réponse typique observée même chez l'homme – chez le bichir et l'axolotl, ces cellules changent rapidement de fonction. Elles atténuent activement les réponses inflammatoires qui pourraient autrement entraîner la formation de tissu cicatriciel, facilitant ainsi un processus régénératif plus harmonieux.

La perturbation de l'apport sanguin et du flux d'oxygène constitue un défi majeur dans la guérison des plaies. Les nouvelles données clarifient comment ces espèces surmontent cet obstacle. Divers types de cellules dans la zone de la plaie ont commencé à produire de l'énergie par une voie métabolique indépendante de l'oxygène. Cette production d'énergie autonome alimente la prolifération de nouvelles cellules et la synthèse des protéines essentielles et d'autres matériaux nécessaires au processus complexe de régénération.

Une autre découverte surprenante a été l'apparition de la myoglobine, une protéine cruciale pour le stockage de l'oxygène dans les muscles, au sein des cellules de la peau recouvrant les zones de blessure chez les poissons. Encore plus inattendu, les globules rouges ont afflué vers les sites d'amputation chez le bichir et l'axolotl, constituant finalement jusqu'à 20 % de toutes les cellules sur le site de la plaie. C'est une augmentation spectaculaire par rapport à leur représentation habituelle de moins de 2 % dans les tissus sains des nageoires ou des membres.

Contrairement aux globules rouges humains matures, qui perdent leur noyau, les globules rouges du bichir et de l'axolotl conservent leur noyau. À l'intérieur de ces noyaux, les chercheurs ont observé une régulation à la hausse significative des gènes impliqués dans la régulation des réponses immunitaires et la surveillance des niveaux d'oxygène après l'amputation. Le Dr Schneider suggère qu'il est "tentant de penser" que ces globules rouges nucléés pourraient fournir des signaux instructifs aux autres cellules, aidant ainsi à coordonner la cascade de régénération.

Parallèlement, les gènes associés au développement des membres et à la réparation de l'ADN ont été activés. De plus, deux populations distinctes de cellules de réparation ont émergé : l'une près de la base de la structure en régénération et l'autre près de son extrémité. Cette coordination complète représente une "grande étape" dans la compréhension de la manière dont la régénération est orchestrée, selon le biologiste du développement Ji-Feng Fei, qui n'a pas participé à l'étude. Le fait que de nombreux aspects de la régénération soient partagés entre ces espèces, bien qu'elles aient divergé il y a environ 400 millions d'années, souligne les origines anciennes de cette remarquable capacité biologique.

Le Dr Schneider espère explorer davantage la régénération en menant des études similaires chez les lézards, qui peuvent régénérer leur queue mais pas leurs membres. Il note avec humour que le méchant de Spider-Man dans le film aurait peut-être eu plus de succès avec de l'ADN de salamandre si son objectif était la régénération des membres, à moins qu'il n'ait spécifiquement l'intention de régénérer une queue.

Agence de presse Ekhbary