Gènes de proches animaux anciens utilisés pour faire pousser une souris: Une étude révèle l'histoire cachée des cellules souches

15 novembre 2024

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par Queen Mary, Université de Londres

Une équipe internationale de chercheurs a atteint un jalon sans précédent : la création de cellules souches de souris capables de générer une souris entièrement développée en utilisant des outils génétiques issus d'un organisme unicellulaire, avec lequel nous avons un ancêtre commun qui précède les animaux.

Cette percée remodèle notre compréhension des origines génétiques des cellules souches, offrant un nouvel éclairage sur les liens évolutifs entre les animaux et leurs anciens parents unicellulaires. La recherche est publiée dans la revue Nature Communications.

Dans une expérience qui semble sortie d'un film de science-fiction, le Dr Alex de Mendoza de l'Université Queen Mary de Londres a collaboré avec des chercheurs de l'Université de Hong Kong pour utiliser un gène trouvé chez des choanoflagellés, un organisme unicellulaire apparenté aux animaux, afin de créer des cellules souches qu'ils ont ensuite utilisées pour donner naissance à une souris vivante et respirante.

Les choanoflagellés sont les parents vivants les plus proches des animaux, et leurs génomes contiennent des versions des gènes Sox et POU, connus pour induire la pluripotence - le potentiel cellulaire de se développer en n'importe quel type de cellule - au sein des cellules souches mammifères. Cette découverte inattendue remet en question une croyance de longue date selon laquelle ces gènes ont évolué exclusivement chez les animaux.

'En créant avec succès une souris en utilisant des outils moléculaires dérivés de nos parents unicellulaires, nous assistons à une continuité extraordinaire des fonctions sur près d'un milliard d'années d'évolution', a déclaré le Dr de Mendoza. 'L'étude suggère que les gènes clés impliqués dans la formation de cellules souches pourraient avoir des origines bien antérieures aux cellules souches elles-mêmes, aidant peut-être à préparer le terrain pour la vie multicellulaire que nous connaissons aujourd'hui.'

Le prix Nobel 2012 à Shinya Yamanaka a montré qu'il est possible d'obtenir des cellules souches à partir de cellules 'différenciées' simplement en exprimant quatre facteurs, dont un gène Sox (Sox2) et un gène POU (Oct4). Dans cette nouvelle recherche, à travers un ensemble d'expériences menées en collaboration avec le laboratoire du Dr Ralf Jauch à l'Université de Hong Kong / Centre de biologie des cellules souches translationnelles, l'équipe a introduit les gènes Sox des choanoflagellés dans des cellules de souris, remplaçant le gène native Sox2 pour parvenir à une reprogrammation vers l'état de cellule souche pluripotente.

Pour valider l'efficacité de ces cellules reprogrammées, elles ont été injectées dans un embryon de souris en développement. La souris chimérique résultante présentait des caractéristiques physiques à la fois de l'embryon donneur et des cellules souches induites en laboratoire, comme des taches de fourrure noire et des yeux foncés, confirmant que ces gènes anciens jouaient un rôle crucial dans la compatibilité des cellules souches avec le développement de l'animal.

L'étude retrace comment les premières versions des protéines Sox et POU, qui se lient à l'ADN et régulent d'autres gènes, ont été utilisées par des ancêtres unicellulaires pour des fonctions qui deviendraient plus tard essentielles à la formation de cellules souches et au développement animal. 'Les choanoflagellés n'ont pas de cellules souches, ce sont des organismes unicellulaires, mais ils ont ces gènes, probablement pour contrôler des processus cellulaires de base que les animaux multicellulaires ont probablement repensés plus tard pour construire des corps complexes', a expliqué le Dr de Mendoza.

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Cette nouvelle découverte met en avant la polyvalence évolutive des outils génétiques et offre un aperçu de la manière dont les premières formes de vie ont pu exploiter des mécanismes similaires pour stimuler la spécialisation cellulaire, bien avant que de vrais organismes multicellulaires ne voient le jour, et de l'importance du recyclage dans l'évolution.

Cette découverte a des implications au-delà de la biologie évolutive, et pourrait potentiellement informer de nouvelles avancées en médecine régénérative. En approfondissant notre compréhension de l'évolution de la machinerie des cellules souches, les scientifiques pourraient identifier de nouvelles façons d'optimiser les thérapies à base de cellules souches et d'améliorer les techniques de reprogrammation cellulaire pour le traitement de maladies ou la réparation de tissus endommagés.

'Étudier les racines anciennes de ces outils génétiques nous permet d'innover avec une vision plus claire de la manière dont les mécanismes de pluripotence peuvent être ajustés ou optimisés', a déclaré le Dr Jauch, notant que des avancées pourraient découler de l'expérimentation avec des versions synthétiques de ces gènes qui pourraient mieux fonctionner que les gènes animaux natifs dans certains contextes.

Plus d'informations: Ya Gao et al, L'émergence des facteurs de transcription Sox et POU précède les origines des cellules souches animales, Communications Nature (2024). DOI : 10.1038/s41467-024-54152-x

Informations sur le journal: Nature Communications

Fourni par Queen Mary, University of London