Lorsqu’une blessure survient dans de nombreux organismes, une réponse de l’ensemble du corps est déclenchée, contribuant éventuellement à la guérison et à la régénération ; cela se voit chez les souris, les axolotls, le poisson zèbre et les vers planaires. Chez les planaires, les chercheurs ont découvert que la voie de signalisation ERK, qui se déplace à des vitesses plus rapides qu’on ne le pensait auparavant le long des cellules musculaires de la paroi corporelle, est cruciale pour la régénération, ce qui implique un processus décisionnel coordonné à l’échelle du corps pour la régénération, qui fournit également des informations sur le cancer. comme des blessures non cicatrisées.
Dans certains organismes, les dommages causés à une partie du corps peuvent déclencher la guérison dans une autre zone. Des découvertes récentes indiquent que cette réponse de l’ensemble du corps n’est pas un effet secondaire : c’est la principale caractéristique.
Une souris blessée à une jambe subit un « réveil » des cellules souches dans l’autre jambe, comme si les cellules se préparaient à guérir une blessure. Quelque chose de similaire se produit chez les axolotls, qui maîtrisent parfaitement la régénération des membres. Les lésions cardiaques chez le poisson zèbre peuvent déclencher certains changements dans des organes éloignés comme les reins et le cerveau.
« Dans de nombreux organismes différents, vous pouvez voir le corps tout entier réagir à une blessure. Mais il n’est pas clair si ces réponses ont réellement une fonction », explique Bo Wang, professeur adjoint de bio-ingénierie à Stanford. « C’est donc sur cela que nous nous concentrons. »
Dans un nouvel article publié dans la revue Cellule, Wang et ses collègues ont découvert que cette coordination de l’ensemble du corps est un élément crucial de la cicatrisation des plaies et de la régénération ultérieure des tissus chez les vers planaires. Comprendre ce qui active et désactive la régénération et comment elle est coordonnée éclaire également les études sur le cancer, qui est souvent considéré comme une blessure qui ne guérit jamais.
Vagues de vers
Les planaires sont des vers plats d’un demi-pouce de long dotés d’un super pouvoir : ils peuvent repousser dans presque tous les scénarios. Coupez un planaire en quatre morceaux et quelques jours plus tard, vous obtenez quatre nouveaux vers plats. Comme chez les souris, les poissons zèbres et les axolotls, les blessures dans une partie du corps d’un planaire semblent déclencher des réponses dans des tissus plus éloignés.
Wang voulait comprendre comment ces réponses étaient coordonnées. Un mécanisme possible est la voie extracellulaire de la kinase liée au signal (ERK). Les cellules utilisent la voie ERK pour communiquer entre elles et envoient des signaux sous forme d’onde. Si un tissu est blessé, les cellules les plus proches « transmettent » cette information à leurs cellules voisines, qui en informent ensuite leurs voisines. Cette onde se propage dans tout l’organisme dans une sorte de jeu téléphonique.
Il n’y a qu’un seul problème : des recherches antérieures ont montré que les ondes ERK se déplacent trop lentement pour être utiles. « Si je propage un signal à une vitesse de 10 microns par heure, cela peut prendre des jours pour parcourir un millimètre », explique Wang. À cette vitesse, il est beaucoup trop lent pour qu’un signal passe d’une zone du ver à une autre afin de faciliter la cicatrisation et la régénération des plaies.
Comprendre ce qui active et désactive la régénération pourrait conduire à des progrès dans les traitements et interventions médicaux, y compris les implications liées au cancer. Crédit : Le Wang Lab / Stanford Engineering
Ce n’est peut-être pas un problème chez les humains. Notre système circulatoire peut permettre aux signaux de se propager rapidement dans tout notre corps. Mais les planaires n’ont pas de système circulatoire pour accélérer le processus.
Wang et ses collègues ont donc commencé à suivre les ondes ERK alors qu’elles se déplaçaient d’une extrémité à l’autre de l’animal. Ils ont découvert que les signaux se déplaçaient plus de 100 fois plus vite que précédemment. Au lieu de se déplacer par petites étapes d’une cellule à l’autre, les ondes ERK se sont propagées le long de cellules musculaires extra-longues de la paroi corporelle. Ces cellules qui faisaient office d’« autoroutes » accélèrent le signal d’un bout à l’autre du corps. Au lieu de jours, cela a pris des heures.
Le signal était suffisamment rapide pour faciliter la guérison, mais ils ne savaient toujours pas si tout le corps était impliqué.
Pour le savoir, Yuhang Fan, un étudiant diplômé du laboratoire Wang, a coupé la tête d’un planaire.
Voter pour grandir
Normalement, la tête planaire repousse rapidement à partir du corps restant après la décapitation. Mais Fan a empêché le signal ERK de se propager à la moitié arrière de l’organisme pour vérifier si les ondes ERK étaient responsables de la coordination de la réponse de guérison à distance.
Lorsque les signaux ERK étaient bloqués, la tête ne guérissait pas seulement plus lentement : elle ne repoussait jamais du tout.
Ensuite, Fan a voulu savoir s’il était possible de « sauver » le processus de régénération et a testé cela en retirant également la queue du planaire, ce qui alerte le tissu de la queue qu’il y a une blessure. La queue a repoussé et, étonnamment, la tête a repoussé également.
« Ce qui est vraiment intéressant, c’est que nous pouvons régler le délai entre les deux amputations », explique Wang. Si vous coupez la queue d’un planaire quelques heures seulement après la blessure initiale, vous pouvez relancer le processus de guérison bloqué. Mais si vous attendez trop longtemps, aucun des deux ne repousse.
« Cela implique qu’il existe une sorte de système de vote mondial qui dit : « D’accord, maintenant nous devrions cultiver quelque chose », et tout le monde doit être d’accord », explique Wang. Et même les cellules les plus éloignées obtiennent le droit de vote.
Guérison pour les humains
De nombreux animaux – comme les planaires, les étoiles de mer et les axolotls – présentent des capacités de guérison et de régénération bien supérieures à celles des humains. Comprendre pourquoi nous manquons de telles capacités pourrait conduire à des progrès dans les traitements et interventions médicaux, y compris les implications liées au cancer.
« Vous ne voulez pas que des tissus soient constamment blessés. Cela pourrait provoquer le cancer », explique Wang. Même chez ces vers à la régénération spectaculaire, les recherches de Wang révèlent que la plupart du temps, la régénération est « désactivée », jusqu’à ce que tout le corps soit d’accord sur le fait qu’il est temps de « l’activer ».
De plus, alors que Wang et ses collègues suivaient les ondes ERK se propageant dans le corps des planaires, ils ont remarqué que des centaines de gènes étaient activés et désactivés. Bien que les humains ne soient que très éloignés des planaires, nous partageons bon nombre de ces mêmes gènes.
« Cela nous donne vraiment une porte d’entrée pour rechercher ces gènes », explique Wang. « Cela pourrait nous permettre de comprendre comment les animaux se régénèrent tout en gérant le risque de croissance cancéreuse incontrôlée. »
Cette recherche a été financée par le programme de bourses de doctorat Stanford Bio-X, la National Science Foundation, une bourse d’études supérieures de Stanford, le programme Beckman Young Investigator et le Instituts nationaux de la santé
