Dans le film de 2012 L'incroyable Spider-Manun personnage clé fait repousser son bras manquant en s'imprégnant d'ADN reptilien – mais se transforme ensuite en un lézard monstre que Spider-Man doit déjouer. Alors que les humains en dehors de l'univers cinématographique Marvel ne peuvent pas repousser leurs membres, une nouvelle étude a découvert une boîte à outils génétique et cellulaire partagée pour régénérer les appendices des poissons et des salamandres. Les travaux, rapportés le 22 janvier dans Communications naturellesrévèle des indices sur la date à laquelle la régénération est apparue chez les vertébrés dans le temps de l'évolution.
Intéressé par la façon dont les vertébrés ont évolué – et ont souvent perdu – la capacité de faire repousser des parties du corps, le biologiste évolutionniste du développement Igor Schneider de l'Université d'État de Louisiane à Baton Rouge s'est concentré sur la compréhension de la régénération du bichir du Sénégal (Polypterus Sénégal). Ce poisson peut repousser une nageoire entièrement perdue. Et parce qu’il se situe à la base de l’arbre généalogique des poissons osseux modernes, le bichir est considéré comme un fossile vivant.
L'étude de ce poisson « contribue à combler une grande lacune dans l'histoire de l'évolution de la régénération », explique le biologiste du développement Ji-Feng Fei de l'Académie des sciences médicales du Guangdong à Guangzhou, en Chine, qui n'a pas participé aux travaux.
Pour la nouvelle étude, l'équipe de Schneider a coupé les nageoires des bichirs et a suivi l'activité des gènes au niveau de la plaie après un, trois et sept jours, ce qui a révélé les types de cellules présentes et leur activité. L’équipe a comparé ces données à des données similaires nouvelles et existantes sur l’axolotl, une salamandre qui repousse les membres, et le poisson zèbre, un poisson osseux moderne qui peut repousser les extrémités osseuses de ses nageoires.
Chez les trois espèces, l’équipe a constaté que les cellules immunitaires se sont précipitées sur les lieux. Là, ils ont d’abord repoussé les bactéries, une réponse typique aux blessures que l’on trouve même chez les humains. Mais chez le bichir et l’axolotl, le système immunitaire a rapidement changé de tactique, atténuant toute autre réponse inflammatoire qui autrement provoquerait la formation de tissu cicatriciel.
En règle générale, l’apport sanguin – et par conséquent le flux d’oxygène – est perturbé dans les plaies. Les nouvelles données ont clarifié la façon dont ces trois animaux ont compensé : de nombreux types de cellules dans la plaie ont commencé à produire de l'énergie en utilisant une voie chimique qui ne nécessitait pas d'oxygène. Cette énergie a alimenté la production de davantage de cellules ainsi que de protéines et d’autres matériaux nécessaires à la régénération.
Chez les deux espèces de poissons, la myoglobine, dont dépendent les muscles pour le stockage de l'oxygène, est apparue dans les cellules cutanées recouvrant les plaies. De manière inattendue, les globules rouges se sont également précipités vers le site d'amputation du bichir et de l'axolotl, représentant finalement jusqu'à 20 pour cent de toutes les cellules du site de la plaie. En règle générale, les globules rouges représentent moins de 2 pour cent des cellules de cette partie d’une nageoire ou d’un membre. « Le truc des globules rouges m'a époustouflé », dit Fei.
Chez l'homme, les globules rouges perdent leurs noyaux à mesure qu'ils mûrissent, mais chez le bichir et l'axolotl, ces cellules conservent leurs noyaux. À l’intérieur de ces noyaux, les gènes chargés de contrôler les réponses immunitaires et de surveiller les niveaux d’oxygène ont accéléré leur activité après l’amputation, a découvert l’équipe. «C'est tentant de penser [the red blood cells] donnent des signaux instructifs »aux autres cellules, dit Schneider.
Les gènes responsables de la construction des membres et de la réparation de l'ADN se sont également activés et deux ensembles de cellules de réparation se sont développés, l'un se formant près de la base du membre en régénération et l'autre près de la pointe. Dans l’ensemble, ces travaux « constituent une étape importante dans la compréhension de la manière dont la régénération est coordonnée », déclare Fei.
Le fait que de nombreux aspects de la régénération soient partagés chez ces animaux, même s'ils ont divergé au cours de leur évolution il y a environ 400 millions d'années, indique que cette capacité est effectivement ancienne, dit Schneider.
Il espère en apprendre davantage sur la régénération en réalisant des études similaires sur les lézards, qui peuvent régénérer la queue mais pas les membres. Une chose est sûre cependant : le film de Spider-Man, dit Schneider, « aurait pu avoir plus de succès avec l'ADN de salamandre, à moins qu'il ne veuille repousser une queue ».
