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Les cellules souches de la rétine, Muriel Perron

Jeudi 13 mars 2008, Laboratoire Evolution et développement

Les cellules souches… nombreux sont ceux qui en ont entendu parler ! Mais les participants au 4ème jeudi de la recherche de la saison 2007-2008 ont eu la possibilité d’en apprendre bien davantage avec Muriel Perron et son équipe. Une soirée à regarder des grenouilles au fond des yeux !


« Développement et évolution », tel est le nom du laboratoire où Muriel Perron, directeur de recherche au CNRS, Johanna Hamdache, technicienne en biologie, Silvia Pretto, étudiante italienne et Jean-Philippe Dullin, thésard, ont accueilli les visiteurs. Tous les organismes vivants sont composés de cellules et même ceux qui en possèdent un nombre considérable (comme l’être humain : 100 000 milliards !) sont issus au départ d’une seule cellule. Comment, au cours du développement de l’individu — l’embryogenèse — chacune de ces cellules est-elle apparue, a-t-elle pris sa place et sa fonction dans une structure (tissu, organe) pour faire partie à la fin d’un organisme complexe ? Autant de questions que ces biologistes du développement étudient au quotidien.

Des cellules à l’origine d’autres cellules…

Dans un organisme, il existe de nombreux types de cellules : celles de la peau sont différentes de celles du sang, de celles du foie, de celles des intestins… Si certaines cellules sont directement issues de l’embryogenèse, d’autres doivent se renouveler en permanence. Par quel procédé ? Il existe des cellules dont le rôle est d’engendrer d’autres cellules plus spécialisées qu’elles, tout en étant capables de se régénérer elles-mêmes quasi-indéfiniment : ce sont les cellules souches. Ainsi les cellules souches « hématopoïétiques », présentes dans la moelle osseuse, ont pour fonction de générer les différentes cellules du sang (globules rouges, globules blancs, plaquettes…) : elles sont multipotentes. D’autres cellules souches sont plus spécialisées et ne donnent qu’un seul type de cellules (ex : les spermatogonies « fabriquent » les spermatozoïdes). Généralement, les cellules souches chez l’adulte sont des cellules du tissu qu’elles engendrent (lors d’une division cellulaire un peu particulière : une cellule souche donne une cellule souche + une cellule « différenciée »).

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Cellule-souche embryonnaire de souris
© National science Fundation

Les cellules souches embryonnaires sont beaucoup plus polyvalentes ! Lors des premiers stades du développement, chaque cellule de l’embryon est capable de générer tous les types de cellules du futur organisme adulte ; elles sont pluripotentes.

Tous ces types de cellules souches suscitent bien des espoirs en terme de thérapie : on espère à terme les utiliser pour renouveler des cellules endommagées dans l’organisme humain. Mais en amont, il est nécessaire de bien comprendre les mécanismes qui régissent leur fonctionnement. Si on utilise des cellules souches très polyvalentes, comment les faire se différencier dans la bonne cellule spécialisée ? Comment contrôler leur prolifération pour éviter qu’elle ne dégénère en cancer ? C’est cette recherche en amont qui passionne Muriel Perron et ses collègues, et en particulier dans le cas des cellules neurales.

… dans le cerveau aussi !

On a très longtemps cru que les cellules du cerveau ne se renouvelaient pas. Or c’est faux ! Les premières certitudes datent de 1996 où on a mis en évidence des cellules souches dans certaines zones du cerveau des mammifères. Contrairement aux idées reçues, de nombreux neurones naissent chaque jour dans un cerveau adulte, comme chez la souris : 30 000 neurones qui migrent vers le bulbe olfactif et 9000 dans le « gyrus denté » de l’hippocampe. Mais une grande partie meurent car ils ne trouvent pas les bonnes connexions à établir avec le réseau existant (chez la souris 50% des nouveaux neurones du bulbe olfactif disparaissent au bout de deux mois, et jusqu’à 60% dans l’hippocampe). Mais ce potentiel existe, et qui sait pourra-t-on l’exploiter un jour pour guérir certaines maladies neurodégénératives…

Pour progresser dans ce domaine, une partie du cerveau est beaucoup étudiée en neurobiologie : la rétine. Cette membrane sensible à la lumière qui tapisse le fond de l’œil fait bien partie du cerveau, car elle est issue de la même « partie » de l’embryon. Comme elle est facilement accessible et qu’elle ne possède pas beaucoup de types de cellules différents, elle constitue un modèle de choix pour les scientifiques, dont les conclusions pourront être transposées au reste du cerveau. Là encore des dogmes ont dû être combattus : parce qu’on n’observait pas chez les mammifères de renouvellement des cellules photoréceptrices — ces cellules permettent la vision et leur destruction est responsable de certaines formes de cécité — on pensait qu’il n’existait pas de cellules souches dans la rétine. Or des équipes ont montré au début des années 2000 que certaines cellules du bord de la rétine, une fois extraites du tissu et mises en culture, pouvaient engendrer des cellules photoréceptrices. Qu’est-ce qui les « bloque » in vivo ? On ne le sait pas encore mais on peut espérer, en le comprenant, apporter un remède aux maladies dégénératives oculaires.

72 h dans la vie d’un xénope

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Xénopes
Le mâle (à droite) est plus petit que la femelle.
© Xenopus Express

Mais n’avait-on pas commencé cet article en parlant de grenouilles ? Il est surprenant de constater à quel point les embryons de nombreuses espèces animales sont semblables, aux premiers stades de leur développement. Ainsi une rétine d’embryon d’amphibien de quelques jours ressemble vraiment à celle d’un embryon de mammifère plus âgé, le développement des premiers étant plus rapide. L’avantage des amphibiens est qu’une femelle peut pondre des milliers d’œufs en une seule fois et que le développement de l’embryon se fait à l’extérieur du corps de la mère, contrairement aux mammifères comme les souris. Les chercheurs ont donc accès facilement à la rétine de ces embryons, dès les tout premiers stades de leur développement. Muriel Perron et son équipe n’ont pas choisi n’importe quelle grenouille. Ils travaillent avec des xénopes, amphibiens d’Afrique du Sud, exclusivement aquatiques — l’avantage est énorme : ils ne sautent pas (ou presque) hors de leur aquarium pour aller explorer le laboratoire — et qui pondent de gros œufs (1,2 à 1,3 mm). Ce détail n’est pas des moindres : les biologistes peuvent ainsi plus facilement injecter des substances à l’intérieur.
Alors à quoi ressemble la vie d’un xénope à la Faculté des sciences d’Orsay ? C’est ce qu’ont découvert les participants au jeudi de la recherche en visitant le laboratoire. Au départ, il faut des œufs. Pour cela on injecte de l’hormone de grossesse (HCG) à dame xénope, qui 12 à 15h plus tard pond des milliers d’œufs, que son « petit » mâle (c’est vrai qu’il est beaucoup plus petit qu’elle) arrose de sa semence pour les féconder. Elle peut ensuite retourner à l’animalerie pour au moins trois mois de repos bien mérité !

C’est à partir de ces œufs que le travail de recherche commence. Le but est de comprendre quels gènes sont impliqués dans la formation et la régulation du fonctionnement des cellules souches de la rétine. Grâce à un micro-injecteur, les biologistes introduisent des substances qui vont avoir pour effet soit de bloquer un gène de la cellule, soit d’en favoriser un, soit d’en introduire un nouveau…

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-  coupe de rétine au cryostat montrant en fluorescence (rouge ou vert) différents types de cellules rétiniennes et en bleu les noyaux de toutes les cellules.
© Muriel Perron

Puis l’œuf se divise et heure après heure, le nombre de cellules augmente progressivement, comme Johanna Hamdache a pu le montrer aux visiteurs en leur proposant d’examiner les embryons à différents stades sous une batterie de microscopes installés pour eux.
Dans une autre pièce, Muriel Perron leur a montré comment on prépare des coupes d’embryons pour les étudier ensuite. A 2 ou 3 jours, un embryon de xénope est comme une petite virgule avec son tube neural qui comporte la rétine, sur-dimensionnée par rapport au reste, et un tout début de tube digestif. Ces embryons sont placés dans un liquide approprié et congelés sur de la carboglace. Reste ensuite à les découper avec une trancheuse (comme pour le jambon, toute proportion gardée !).

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-  Visualisation des cellules en prolifération (en rouge) dans la rétine du xénope (embryons et têtard). Seules les cellules souches en périphérie de la rétine continue de proliférer chez le têtard (flêches).
© Muriel Perron

Ces coupes vont ensuite pouvoir être regardées au microscope à fluorescence. C’est un dispositif de microscopie un peu particulier qui sert à visualiser des composés fluorescents permettant d’identifier les différents types de cellules de la rétine. Les chercheurs peuvent ainsi observer la descendance des cellules souches dans la rétine en fonction des gènes qui ont été manipulés au départ et comprendre ainsi le rôle de tel ou tel gène dans la genèse de ces cellules.

On l’aura compris, de grands espoirs sont associés à l’utilisation des cellules souches neurales mais la maîtrise de leur développement nécessite encore beaucoup de recherches en amont et les xénopes du laboratoire d’Orsay n’ont pas fini d’y contribuer !


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