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Actualité | Des scientifiques de l’Université de Californie recréent les premiers stades du développement grâce à des « modèles embryonnaires programmables », ouvrant de nouvelles perspectives pour la recherche sur la fertilité
Actualité | Des scientifiques de l’Université de Californie recréent les premiers stades du développement grâce à des « modèles embryonnaires programmables », ouvrant de nouvelles perspectives pour la recherche sur la fertilité
La manière dont une cellule unique devient un organisme complet dans les premiers jours suivant la fécondation reste l’un des plus grands mystères scientifiques. Comme le développement précoce des mammifères se déroule dans l’utérus, les chercheurs ont longtemps eu du mal à l’observer ou à intervenir directement, ce qui limite la compréhension des échecs parfois rencontrés par le développement embryonnaire.
Une étude pionnière de l’Université de Californie à Santa Cruz permet de dépasser cette limite. Grâce à une technologie CRISPR avancée et sans utiliser de véritables embryons, les chercheurs ont créé des « modèles embryonnaires programmables », ou embryoïdes, capables de s’auto-organiser et de reproduire en laboratoire des étapes clés du développement précoce. Ces travaux ont été publiés dans Cell Stem Cell.
« Nous voulons reconstruire, voire modifier, des phénomènes naturels dans une boîte de culture, comme la formation de l’embryon, afin de faire progresser la recherche sur les troubles précoces du développement. »
—Ali Shariati, auteur correspondant et professeur adjoint en génie biomoléculaire à l’UC Santa Cruz
Programmer des cellules souches avec CRISPR
L’étude a été codirigée par le chercheur postdoctoral Gerrald Lodewijk et l’ancienne étudiante Sayaka Kozuki, aujourd’hui doctorante à Caltech, à partir de cellules souches de souris cultivées en laboratoire. Les cellules souches sont comparables à une toile vierge et peuvent, en théorie, devenir n’importe quel type de cellule, notamment cérébrale ou intestinale.
L’équipe a utilisé une variante plus douce de CRISPR, le système d’activation CRISPR (CRISPRa). Au lieu de couper l’ADN, il régule et active des régions génétiques essentielles au développement embryonnaire. Cette activation précise amène les cellules souches à produire différents types de cellules embryonnaires primitives.
« Au lieu d’ajouter un stimulus externe, nous activons des interrupteurs génétiques déjà présents dans les cellules et les laissons déterminer comment entamer leur parcours de développement », a expliqué Lodewijk.
En quelques jours, plus de 80% des cellules souches se sont spontanément organisées en structures ressemblant à des embryons précoces et ont lancé des programmes d’expression génique très proches de ceux d’embryons naturels.
« L’auto-organisation est remarquablement comparable. Les cellules semblent savoir quoi faire ; il nous suffit de leur donner une légère impulsion. »
—Ali Shariati
Observer l’organisation spontanée des premiers stades de la vie
En culture, les cellules des embryoïdes ont présenté un comportement collectif, notamment une migration rotative décrite comme un mouvement ordonné semblable à celui d’une nuée d’oiseaux, pour finalement former des motifs saisissants caractéristiques des premiers stades embryonnaires.
Contrairement aux méthodes antérieures, qui utilisaient des produits chimiques pour forcer la production de différents types cellulaires, cette étude a privilégié le codéveloppement, plus proche du développement embryonnaire naturel dans l’organisme.
« Nous ne produisons pas les cellules séparément. Nous les laissons se développer ensemble et s’influencer mutuellement comme elles le feraient dans un véritable embryon, en recréant leur mémoire biologique de cellules voisines. »
—Shariati
Des modèles programmables pourraient révéler les causes des anomalies du développement
Le principal avantage de ces modèles embryonnaires réside dans leur grande programmabilité. Les chercheurs peuvent étudier les tout premiers stades de la vie et activer ou désactiver volontairement des gènes pour observer quelles modifications entraînent l’échec de certains types cellulaires, de l’organisation des tissus ou de l’embryon entier.
Ils disposent ainsi d’une plateforme puissante pour modéliser les anomalies du développement sans utiliser de véritables embryons.
Cette technologie pourrait à terme être étendue à d’autres espèces, dont l’être humain, et aider les scientifiques à comprendre pourquoi les embryons humains précoces échouent souvent à s’implanter ou à se développer. Shariati a déclaré : « Nous pouvons désormais voir plus clairement les obstacles qui surviennent au début de la vie, ce qui est très important pour améliorer le succès reproductif chez l’être humain. »
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Collecté en ligne