Cela peut ressembler à une comète ou à une étoile filante, mais cette vidéo en accéléré montre en réalité une minuscule racine de plante, pas beaucoup plus épaisse qu’un cheveu humain, agrandie des centaines de fois à mesure qu’elle pousse au microscope.

Des chercheurs de l’Université Duke ont réalisé de tels films en examinant les cellules souches près de l’extrémité de la racine et en prenant des instantanés de leur division et de leur multiplication au fil du temps à l’aide d’une technique appelée microscopie à feuille de lumière.

L’œuvre offre bien plus qu’une simple place au premier rang au drame de la croissance des racines. En observant comment les cellules se divisent en réponse à des signaux chimiques spécifiques, l’équipe découvre de nouveaux indices sur la manière dont les cellules souches choisissent une voie de développement plutôt qu’une autre.

La recherche pourrait également révéler de nouvelles façons de prévenir l’échec de la division des cellules souches, comme cela se produit dans le cancer et d’autres maladies.

Les dernières découvertes de l’équipe ont été publiées dans la revue le 31 janvier. Nature.

Selon Cara Winter, professeure de recherche associée, ces travaux touchent à une question fondamentale en biologie : « Comment les cellules acquièrent-elles leur identité ? » En d’autres termes, « Comment maintenir tous les différents types de cellules qui composent un organisme ? »

Tout comme le corps humain est constitué de nombreux types de cellules différents – dans le cerveau, les muscles, les os et ailleurs – les plantes contiennent également différents types de cellules spécialisées pour différentes tâches.

Qu’il s’agisse des racines, des branches, des fleurs ou des feuilles, pratiquement tous les tissus d’une plante proviennent de petits groupes de cellules souches non spécialisées qui produisent de nouvelles cellules par division.

Chaque fois qu’une cellule souche se divise, elle est confrontée à un choix : soit elle peut produire deux nouvelles cellules souches comme elle, soit créer une copie d’elle-même et une cellule qui se ramifie et devient quelque chose de nouveau.

C’est ce dernier processus, appelé division asymétrique, qui crée les innombrables types de cellules nécessaires à la formation d’un organisme complexe tel qu’une plante ou un humain.

Une question évidente est alors la suivante : comment les cellules souches en division choisissent-elles une voie plutôt qu’une autre ?

C’était la question qui tourmentait Winter et son co-premier auteur Pablo Szekely, tous deux chercheurs du laboratoire du regretté biologiste Philip Benfey, alors qu’ils observaient la croissance des racines pendant des jours. Arabidopsis thalianaun membre grêle de la famille des moutardes.

Les chercheurs se sont concentrés sur deux régulateurs clés de la division cellulaire Arabidopsis – Des protéines appelées shortroot et épouvantail, qui ensemble provoquent la division des cellules racinaires pour effectuer le changement.

En marquant ces protéines avec des étiquettes fluorescentes brillantes, ils ont pu suivre leur activité et leurs effets sur la division des cellules souches en temps réel. Grâce à la microscopie à feuille lumineuse, ils ont pu examiner le tissu translucide des racines pendant 50 heures sans les endommager.

Contrairement aux prédictions précédentes, les chercheurs ont montré que même de faibles concentrations de ces protéines, présentes au début du processus de conversion d’une cellule en deux cellules, suffisent à déclencher une transition vers une division asymétrique.

« Tout ce qu’ils ont à faire est d’atteindre un certain seuil », a déclaré Szekely, qui a rejoint le laboratoire Benfey en tant que chercheur postdoctoral en 2020.

Les résultats ont également des implications pour les humains et d’autres animaux, ont indiqué les chercheurs.

En effet, bien que les plantes et les animaux aient divergé il y a plus d’un milliard d’années, ils ont hérité d’une grande partie des mêmes outils moléculaires de base – y compris bon nombre des mêmes gènes « domestiques » nécessaires au fonctionnement des cellules.

Les mêmes gènes qui régulent la division cellulaire chez les plantes comme Arabidopsis Effectuer des tâches similaires sur des animaux, y compris des humains. Des recherches antérieures montrent que les cellules peuvent proliférer de manière incontrôlable et former des tumeurs lorsque la division asymétrique est perturbée.

« Les cellules doivent avoir un programme au cours de leur développement : elles se divisent d’abord comme ceci, puis elles se divisent ainsi », a déclaré Szekely. « Il faut que cela soit strictement réglementé pour que tout fonctionne. »

Ce travail a été financé par les National Institutes of Health des États-Unis (NRSA 5F32GM106690-02 et MIRA 1R35GM131725), le Howard Hughes Medical Institute et l’Université de Californie du Sud.



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