Les biologistes du MIT ont répondu à une question biologique importante : pourquoi les cellules contrôlent-elles leur taille ?
Les cellules du même type sont de taille étonnamment uniforme, tandis que la taille des cellules diffère entre les différents types de cellules. Cela soulève la question de savoir si la taille des cellules est importante pour la physiologie cellulaire.
La nouvelle étude suggère que l’élargissement cellulaire entraîne un déclin de la fonction des cellules souches. Les chercheurs ont découvert que les cellules souches sanguines, qui sont parmi les plus petites cellules du corps, perdent leur capacité à remplir leur fonction normale – reconstituer les cellules sanguines du corps – à mesure qu’elles grossissent. Cependant, lorsque les cellules ont retrouvé leur taille habituelle, elles se sont de nouveau comportées normalement.
Les chercheurs ont également découvert que les cellules souches sanguines ont tendance à grossir avec l’âge. Leur étude montre que cet élargissement contribue au déclin des cellules souches au cours du vieillissement.
“Nous avons découvert l’élargissement cellulaire en tant que nouveau facteur de vieillissement in vivo, et maintenant nous pouvons explorer si nous pouvons traiter l’élargissement cellulaire pour retarder le vieillissement et les maladies liées au vieillissement”, déclare Jette Lengefeld, un ancien postdoctorant du MIT, qui est maintenant chercheur principal. à l’Université d’Helsinki.
Lengefeld est l’auteur principal de l’étude, qui paraît aujourd’hui dans Avancées scientifiques. La regrettée Angelika Amon, professeure de biologie au MIT et membre du Koch Institute for Integrative Cancer Research, est l’auteur principal de l’étude.
Effets démesurés
On sait depuis les années 1960 que les cellules humaines cultivées dans une boîte de laboratoire s’agrandissent au fur et à mesure qu’elles deviennent sénescentes – un état cellulaire qui ne se divise pas.
qui est associé au vieillissement. Chaque fois qu’une cellule se divise, elle peut subir des dommages à l’ADN. Lorsque cela se produit, la division est interrompue pour réparer les dommages. Pendant chacun de ces délais, la cellule grossit légèrement. De nombreux scientifiques pensaient que cet élargissement était simplement un effet secondaire du vieillissement, mais le laboratoire Amon a commencé à étudier la possibilité que la grande taille des cellules entraîne des pertes de fonction liées à l’âge.
Lengefeld a étudié les effets de la taille sur les cellules souches, en particulier les cellules souches sanguines, qui donnent naissance aux cellules sanguines de notre corps tout au long de la vie. Pour étudier comment la taille affecte ces cellules souches, les chercheurs ont endommagé leur ADN, entraînant une augmentation de leur taille. Ils ont ensuite comparé ces cellules agrandies à d’autres cellules qui ont également subi des dommages à l’ADN mais ont été empêchées d’augmenter en taille à l’aide d’un médicament appelé rapamycine.
Après le traitement, les chercheurs ont mesuré la fonctionnalité de ces deux groupes de cellules souches en les injectant à des souris dont les propres cellules souches sanguines ont été éliminées. Cela a permis aux chercheurs de déterminer si les cellules souches transplantées étaient capables de repeupler les cellules sanguines de la souris.
Ils ont découvert que les cellules souches endommagées et agrandies par l’ADN étaient incapables de produire de nouvelles cellules sanguines. Cependant, les cellules souches endommagées par l’ADN qui étaient maintenues petites étaient toujours capables de produire de nouvelles cellules sanguines.
Dans une autre expérience, les chercheurs ont utilisé une mutation génétique pour réduire la taille des grandes cellules souches naturelles qu’ils ont trouvées chez des souris plus âgées. Ils ont montré que s’ils induisaient ces grandes cellules souches à redevenir petites, les cellules retrouvaient leur potentiel de régénération et se comportaient comme des cellules souches plus jeunes.
“C’est une preuve frappante soutenant le modèle selon lequel la taille est importante pour la fonctionnalité des cellules souches”, a déclaré Lengefeld. “Lorsque nous endommageons l’ADN des cellules souches mais les gardons petites pendant les dommages, elles conservent leur fonctionnalité. Et si nous réduisons la taille des grandes cellules souches, nous pouvons restaurer leur fonction.”
Garder les cellules petites
Lorsque les chercheurs ont traité des souris avec de la rapamycine, dès leur plus jeune âge, ils ont réussi à empêcher les cellules souches sanguines de grossir à mesure que les souris vieillissaient. Les cellules souches sanguines de ces souris sont restées petites et ont pu construire des cellules sanguines comme de jeunes cellules souches, même chez des souris de 3 ans – un âge avancé pour une souris.
La rapamycine, un médicament qui peut inhiber la croissance cellulaire, est maintenant utilisée pour traiter certains cancers et pour prévenir le rejet de greffe d’organe, et a suscité un intérêt pour sa capacité à prolonger la durée de vie des souris et d’autres organismes. Il peut être utile pour ralentir l’élargissement des cellules souches et pourrait donc avoir des effets bénéfiques chez l’homme, dit Lengefeld.
“Si nous trouvons des médicaments spécifiques pour réduire à nouveau la taille des grandes cellules souches sanguines, nous pouvons tester si cela améliore la santé des personnes qui souffrent de problèmes avec leur système sanguin – comme l’anémie et un système immunitaire réduit – ou peut-être même aider personnes atteintes de leucémie », dit-elle.
Les chercheurs ont également démontré l’importance de la taille dans un autre type de cellules souches, les cellules souches intestinales. Ils ont découvert que les cellules souches plus grosses étaient moins capables de générer des organoïdes intestinaux, qui imitent la structure de la muqueuse intestinale.
“Cela suggère que cette relation entre la taille et la fonction des cellules est conservée dans les cellules souches et que la taille cellulaire est un marqueur de la fonction des cellules souches”, explique Lengefeld.
La recherche a été financée, en partie, par le Howard Hughes Medical Institute, le Jane Coffin Childs Memorial Fund, le Fonds national suisse de la recherche scientifique, l’Institut national Eunice Kennedy Shriver pour la santé de l’enfant et le développement humain, la subvention Koch Institute Support (core) de le National Cancer Institute et le MIT Stem Cell Initiative.
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