Le foie humain est composé de cellules avec différentes quantités d’ADN. La plupart des cellules ne possèdent que deux copies d’ADN, comme la cellule indiquée par une flèche blanche. Certaines cellules accumulent plus de jeux d’ADN, comme celles indiquées par des flèches jaunes. Ces différents types de cellules se renouvellent différemment. Crédit : Paula Heinke
En utilisant la datation rétrospective au radiocarbone, une équipe internationale de scientifiques montre que le foie humain reste jeune tout au long de la vie et a en moyenne moins de trois ans.
En tant que l’un des principaux organes du corps, le foie remplit de nombreuses fonctions biologiques essentielles. Presque tout le sang d’une personne passe par le foie, où les déchets, les cellules usées et les toxines sont filtrés. Il produit également de la bile, une solution qui aide à digérer les graisses et à éliminer les déchets. Ce ne sont là que quelques-unes des principales tâches qu’il accomplit – plus de 500 fonctions vitales ont été identifiées dans le foie.
Le foie est un organe essentiel qui se charge de détoxifier notre corps. Il est sujet à des lésions car il est constamment exposé à des substances toxiques. Pour y remédier, le foie possède une capacité unique parmi les organes à se régénérer après un dommage. Comme une grande partie de la capacité du corps à se guérir et à se régénérer diminue avec l’âge, les scientifiques se sont demandés si la capacité du foie à se renouveler diminuait également avec l’âge.
La nature du renouvellement du foie chez l’homme restait également un mystère. Les modèles animaux apportaient des réponses contradictoires. “Certaines études indiquaient la possibilité que les cellules du foie aient une longue durée de vie, tandis que d’autres montraient un renouvellement constant. Il était clair pour nous que si nous voulions savoir ce qui se passe chez l’homme, nous devions trouver un moyen d’évaluer directement l’âge des cellules hépatiques humaines”, explique le Dr Olaf Bergmann, chef du groupe de recherche du Centre des thérapies régénératives de Dresde (CRTD) à l’Université technique de Dresde.
Le foie humain reste un organe jeune
L’équipe interdisciplinaire de biologistes, physiciens, mathématiciens et cliniciens dirigée par le Dr Bergmann a analysé les foies de plusieurs personnes décédées à des âges compris entre 20 et 84 ans. De manière surprenante, l’équipe a montré que les cellules du foie de tous les sujets avaient plus ou moins le même âge.
Localisation du foie dans le corps humain.
“Peu importe que vous ayez 20 ou 84 ans, votre foie reste en moyenne un peu moins de trois ans”, explique le Dr Bergmann. Les résultats montrent que l’ajustement de la masse du foie aux besoins de l’organisme est étroitement régulé par le remplacement constant des cellules hépatiques et que ce processus est maintenu même chez les personnes âgées. Ce remplacement continu des cellules hépatiques est important pour divers aspects de la régénération du foie et de la formation du cancer.
Les cellules hépatiques avec plus d’ADN se renouvellent moins
Cependant, toutes les cellules de notre foie ne sont pas aussi jeunes. Une fraction des cellules peut vivre jusqu’à 10 ans avant de se renouveler. Cette sous-population de cellules hépatiques porte plus de DNA than the typical cells. “Most of our cells have two sets of chromosomes, but some cells accumulate more DNA as they age. In the end, such cells can carry four, eight, or even more sets of chromosomes,” explains Dr. Bergmann.
“When we compared typical liver cells with the cells richer in DNA, we found fundamental differences in their renewal. Typical cells renew approximately once a year, while the cells richer in DNA can reside in the liver for up to a decade,” says Dr. Bergmann. “As this fraction gradually increases with age, this could be a protective mechanism that safeguards us from accumulating harmful mutations. We need to find out if there are similar mechanisms in chronic liver disease, which in some cases can turn into cancer.“
Lessons from the Nuclear Fallout
Determining the biological age of human cells is a massive technical challenge, as methods commonly used in animal models cannot be applied to humans.
Dr. Bergmann’s group specializes in retrospective radiocarbon birth dating and uses the technique to assess the biological age of human tissues. Carbon is a chemical element that is ubiquitous and forms the backbone of life on Earth. Radiocarbon is one of a variety of types of carbon. It appears naturally in the atmosphere. Plants incorporate it through photosynthesis, in the same way as typical carbon, and pass it on to animals and humans. Radiocarbon is weakly radioactive and unstable. These characteristics are taken advantage of in archeology to determine the age of ancient samples.
Human liver model.
“Archeologists have used the decay of radiocarbon successfully for many years to assess the age of specimens, one example being dating of the shroud of Turin,” says Dr. Bergmann. “The radioactive decay of radiocarbon is very slow. It provides enough resolution for archeologists but it is not useful for determining the age of human cells. Nevertheless, we can still take advantage of the radiocarbon in our research.”
The aboveground nuclear tests carried out in the 1950s introduced massive amounts of radiocarbon into the atmosphere, into the plants, and into the animals. As a result, cells formed in this period have higher amounts of radiocarbon in their DNA.
Following the official ban of aboveground nuclear testing in 1963, the amounts of atmospheric radiocarbon started to drop and so did the amounts of radiocarbon incorporated into the animal DNA. The values of atmospheric and cellular radiocarbon correspond to each other very well.
“Even though these are negligible amounts that are not harmful, we can detect and measure them in tissue samples. By comparing the values to the levels of atmospheric radiocarbon, we can retrospectively establish the age of the cells,” explains Dr. Bergmann.
Unparalleled Insights Directly From the Source
The Bergmann group also explores the mechanisms that drive the regeneration of other tissues considered as static, such as the brain or the heart. The team has previously used their expertise in retrospective radiocarbon birth dating to show that the formation of new brain and heart cells is not limited to prenatal time but continues throughout life. Currently, the group is investigating whether new human heart muscle cells can still be generated in people with chronic heart disease.
“Our research shows that studying cell renewal directly in humans is technically very challenging but it can provide unparalleled insights into the underlying cellular and molecular mechanisms of human organ regeneration,” concludes Dr. Bergmann.
Reference: “Diploid hepatocytes drive physiological liver renewal in adult humans” by Paula Heinke, Fabian Rost, Julian Rode, Palina Trus, Irina Simonova, Enikő Lázár, Joshua Feddema, Thilo Welsch, Kanar Alkass, Mehran Salehpour, Andrea Zimmermann, Daniel Seehofer, Göran Possnert, Georg Damm, Henrik Druid, Lutz Brusch and Olaf Bergmann, 31 May 2022, Cell Systems.
DOI: 10.1016/j.cels.2022.05.001
