Les neurones qui composent notre cerveau et notre système nerveux mûrissent lentement sur plusieurs mois. Et bien que cela puisse être avantageux d’un point de vue évolutif, la lenteur de la croissance des cellules utilisées pour étudier les maladies neurodégénératives et neurodéveloppementales – telles que la maladie de Parkinson, la maladie d’Alzheimer et l’autisme – constitue un véritable défi en laboratoire.

Actuellement, les cellules nerveuses dérivées de cellules souches pluripotentes humaines mettent des mois en laboratoire pour atteindre un état semblable à celui d’un adulte – un laps de temps qui reflète le lent développement du cerveau humain. Les « cellules souches pluripotentes » ont le potentiel de se développer en de nombreux autres types de cellules.)

Cependant, de nouvelles recherches menées par le Memorial Sloan Kettering Cancer Center (MSK) ont découvert un moyen de « pirater » les horloges internes des cellules pour accélérer le processus. Et ces travaux apportent un nouvel éclairage sur la manière dont les plans de développement des cellules sont régulés.

« Ce développement lent des neurones est associé aux capacités cognitives uniques et complexes des humains », explique Lorenz Studer, MD, directeur du Centre MSK de biologie des cellules souches et auteur principal de deux études récemment publiées. NatureEt Biotechnologie naturelle. « Des recherches antérieures suggèrent qu’il existe une « horloge » dans les cellules qui détermine le rythme de développement de nos neurones, mais sa nature biologique était largement inconnue – jusqu’à présent. »

Nouvelles connaissances sur le développement des cellules nerveuses

Les chercheurs dirigés par le premier auteur de l’étude, le Dr. Gabriele Ciceri a identifié une « barrière » épigénétique dans les cellules souches à partir desquelles naissent les cellules nerveuses. Les « changements épigénétiques » sont ceux qui n’altèrent pas le code ADN.) Cette barrière agit comme un frein au processus de développement et détermine la vitesse à laquelle les cellules mûrissent. En inhibant la barrière, les scientifiques ont pu accélérer le développement des neurones, ont-ils rapporté le 31 janvier. Nature.

(Consultez celui qui concerne Nature Vidéo : Pourquoi les cellules du cerveau humain se développent si lentement.)

«Lorsque j’ai étudié le développement du cerveau chez la souris, j’ai été impressionné par la manière dont les neurones franchissent une série d’étapes selon un calendrier très précis», explique le Dr. Ciceri, chercheur principal au Studer Lab de l’Institut Sloan Kettering de MSK. « Mais ce calendrier présente un défi pratique majeur lorsqu’on travaille avec des neurones humains : ce qui prend des heures et des jours chez la souris prend des semaines et des mois dans les cellules humaines. »

En outre, l’équipe a montré que cette barrière épigénétique limitante est construite dans les cellules souches neurales bien avant qu’elles ne se différencient en différents types de neurones. Ils ont également découvert des niveaux de barrière plus élevés dans les neurones humains que dans les neurones de souris, ce qui pourrait expliquer les différences dans le rythme de maturation cellulaire selon les espèces.

Découvrir la biologie fondamentale

Que de telles découvertes aient été faites dans un centre de cancérologie n’est pas aussi surprenant qu’il y paraît à première vue. Le Studer Lab s’efforce depuis longtemps d’utiliser les progrès de la biologie des cellules souches pour développer de nouvelles thérapies contre les maladies dégénératives et le cancer, deux maladies étroitement liées au vieillissement.

En outre, MSK est depuis longtemps un leader dans la « recherche fondamentale » – la science qui vise à construire une compréhension fondamentale de la biologie humaine.

Environ la moitié du budget des National Institutes of Health (NIH) est consacrée au financement de la recherche fondamentale. Et la grande majorité des médicaments approuvés par la Food and Drug Administration ces dernières années reposent sur des recherches fondamentales financées par des fonds publics, selon le NIH.

« Toutes les avancées majeures dans le traitement du cancer ces dernières années – thérapie par inhibiteurs de points de contrôle immunitaire, thérapie par cellules CAR T, vaccins contre le cancer – ont toutes leurs racines dans la recherche fondamentale », déclare Joan Massagué, PhD, directrice du Sloan Kettering Institute et chef de la recherche. Responsable scientifique de MSK. « Parfois, cela peut prendre des années avant que la pertinence médicale d’une découverte particulière ne devienne évidente. »

« Un outil de recherche précieux »

Une deuxième étude menée par Emiliano Hergenreder et Andrew Minotti, diplômés du Studer Lab, et publiée le 2 janvier Biotechnologie naturelleidentifié une combinaison de quatre produits chimiques qui, ensemble, peuvent favoriser la maturation neuronale. Le cocktail chimique, appelé GENtoniK, supprime à la fois les facteurs épigénétiques qui inhibent la maturation cellulaire et stimule les facteurs qui la favorisent.

Non seulement cette approche aide à restaurer plus rapidement les neurones à un état semblable à celui d’un adulte en laboratoire, mais elle est également prometteuse pour d’autres types de cellules, notent les chercheurs.

Il a été démontré non seulement que GENtoniK accélère la maturation des neurones corticaux (impliqués dans les fonctions cognitives) et des motoneurones spinaux (impliqués dans le mouvement), mais les produits chimiques ont également pu accélérer le développement de plusieurs autres types de cellules dérivées de cellules souches, notamment les mélanocytes. (cellules pigmentaires) et cellules bêta pancréatiques (cellules endocrines).

« Générer des neurones humains dans une boîte de cellules souches offre une approche unique pour étudier la santé et les maladies du cerveau », notent les éditeurs de la revue dans une note de recherche accompagnant l’étude. « Un obstacle majeur dans ce domaine vient du fait que les neurones humains ont besoin de plusieurs mois pour mûrir au cours de leur développement, ce qui rend difficile la reproduction du processus in vitro. Les auteurs fournissent un outil de recherche précieux en développant un simple cocktail de médicaments qui accélère la fenêtre de temps de maturation. »

Les résultats pourraient être particulièrement utiles dans la modélisation de troubles tels que l’autisme, qui impliquent des problèmes de connectivité synaptique, explique le Dr. Studer.

Cependant, il note que des recherches supplémentaires sont nécessaires pour développer des modèles pour les maladies neurodégénératives qui surviennent très tard dans la vie, comme la maladie de Parkinson, qui est depuis longtemps au centre des recherches de Studer.

« Habituellement, une personne a entre 60 et 70 ans lorsque la maladie débute. Aucun bébé ne contracte la maladie de Parkinson », dit-il. « Ainsi, pour ces maladies, nous devons être capables de faire passer les cellules non seulement à un état adulte, mais aussi à un état semblable à celui de l’âge. Nous continuerons à travailler là-dessus.



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