Une espèce de lézard connue sous le nom de gecko en deuil peut régénérer sa queue, mais le remplacement est une copie imparfaite de l’original. Crédit : USC/Lozito Lab
USC l’expérience des chercheurs contribue à éclairer les efforts visant à améliorer la cicatrisation des plaies chez l’homme.
Les lézards peuvent repousser les queues coupées, ce qui en fait le parent le plus proche des humains qui peut régénérer un appendice perdu. Mais au lieu de la queue d’origine qui comprend une colonne vertébrale et des nerfs, la structure de remplacement est un tube cartilagineux imparfait. Maintenant, pour la première fois, une étude menée par l’USC en Communication Nature décrit comment les cellules souches peuvent aider les lézards à mieux régénérer leur queue.
“C’est l’un des seuls cas où la régénération d’un appendice a été considérablement améliorée grâce à une thérapie à base de cellules souches chez n’importe quel reptile, oiseau ou mammifère, et cela éclaire les efforts visant à améliorer la cicatrisation des plaies chez l’homme”, a déclaré l’auteur correspondant de l’étude, Thomas. Lozito, professeur adjoint de chirurgie orthopédique, de biologie des cellules souches et de médecine régénérative à la Keck School of Medicine de l’USC.
Ces nouvelles queues de lézard améliorées présentent ce que l’on appelle un « motif dorsoventral », ce qui signifie qu’elles ont du tissu squelettique et nerveux sur la face supérieure ou dorsale et du tissu cartilagineux sur la face inférieure ou ventrale.
“Les lézards existent depuis plus de 250 millions d’années, et pendant tout ce temps, aucun lézard n’a jamais repoussé une queue avec un motif dorsoventral, jusqu’à présent”, a déclaré Lozito. “Mon laboratoire a créé les premières queues de lézard régénérées avec des squelettes à motifs.”
Pour y parvenir, l’équipe de scientifiques des facultés de médecine de l’USC et de l’Université de Pittsburgh a analysé comment les queues de lézard se forment pendant la régénération adulte, par rapport au développement embryonnaire. Dans les deux cas, les cellules souches neurales ou NSC – les cellules souches qui construisent le système nerveux – jouent un rôle central.
Les CNS adultes produisent un signal moléculaire qui bloque la formation du squelette et des nerfs et encourage la croissance du cartilage, en « ventralant » efficacement les deux côtés de la queue. Il en résulte le tube cartilagineux typique des queues régénérées.
Histologie d’une queue de gecko en deuil entièrement régénérée. Le muscle est coloré en blanc, le cartilage en rouge, les cellules proliférantes en vert et les noyaux cellulaires en bleu. Crédit : USC/Lozito Lab
Même en l’absence de ce signal ventralisant, les CNS adultes sont incapables de générer un nouveau tissu nerveux pour la face dorsale de la queue.
En revanche, les CNS embryonnaires ne produisent ce signal « ventralisant » que dans la région du cartilage qui devient la face inférieure ou ventrale de la queue. Pendant ce temps, en l’absence de ce signal, la face supérieure ou dorsale développe du tissu squelettique et nerveux. Ainsi, la queue acquiert la structuration dorsoventrale complexe caractéristique des appendices embryonnaires originaux.
Cependant, si des CNS embryonnaires sont implantés dans des moignons de queue adultes, ils répondent au signal ventralisant et ne parviennent pas à se développer en structures dorsales.
Pour surmonter ces obstacles, l’équipe de Lozito a utilisé des outils d’édition de gènes pour rendre les CNS embryonnaires insensibles au signal ventralisant, et a implanté chirurgicalement ces cellules dans des moignons de queue adultes, conduisant à la régénération de queues parfaites.
Histologie du blastème de gecko en deuil. Le muscle est coloré en blanc, le cartilage en rouge, les cellules proliférantes en vert et les noyaux cellulaires en bleu. Crédit : USC/Lozito Lab
“Cette étude nous a fourni une pratique essentielle sur la façon d’améliorer le potentiel de régénération d’un organisme”, a déclaré Lozito. « Perfectionner la queue de lézard régénérée imparfaite nous fournit un modèle pour améliorer la guérison des plaies qui ne se régénèrent pas naturellement, telles que les membres humains sectionnés et la moelle épinière. De cette façon, nous espérons que nos recherches sur les lézards conduiront à des percées médicales pour le traitement des blessures difficiles à guérir. »
Référence : « Introducing dorsoventral patterning in adult regeneating lizard tails with gene-edited embryonic neural stem cells” par Thomas P. Lozito, Ricardo Londono, Aaron X. Sun et Megan L. Hudnall, 14 octobre 2021, Communication Nature.
DOI : 10.1038/s41467-021-26321-9
Les co-auteurs supplémentaires incluent Ricardo Londono et Aaron X. Sun de la faculté de médecine de l’Université de Pittsburgh, et Megan L. Hudnall de l’USC.
Le travail a été rendu possible grâce à la subvention R01GM115444 du National Institute of General Medical Sciences, l’un des National Institutes of Health.
