Cellules souches et chimères

Cellules souches, les mères de toutes les cellules

Comme vous le savez, le corps de tous les organismes vivants est composé de cellules. Ces cellules ont de nombreux points communs : par exemple, elles contiennent de l’information génétique identique sous forme d’ADN. Mais elles ont aussi des différences : différences morphologiques, différences de fonctions. Vous connaissez certainement quelques noms de différents types cellulaires : neurones, lymphocytes, fibroblastes … On dit que ces cellules sont différenciées : elles ont un type donné, et lorsqu’elles se divisent, elles donnent des cellules conservant ce type. Par exemple, il est impossible dans la nature qu’une cellule de la peau se divise en donnant un neurone ou une cellule musculaire.

Cependant, nous sommes tous issus à l’origine d’une seule cellule : l’oeuf fécondé par la rencontre des gamètes de nos parents. Cette seule cellule se divise ensuite et donnera naissance in fine à tous les types cellulaires de l’organisme. Cette cellule est donc très différente des cellules adultes : en se divisant, elle peut au cours du temps se transformer, se différencier. Elle peut littéralement tout faire : de telles cellules sont dites totipotentes.

Après les premières divisions cellulaires, la cellule totipotente initiale donne naissance à un stade particulier : le stade blastocyste(voir figure ci-contre). Le stade blastocyste est composé de cellules périphériques (en jaune) entourant une cavité contenant des cellules indifférenciées (dites de la masse interne, « inner mass cells »). Les cellules périphériques ne contribueront pas au futur organisme : elles donneront naissance au placenta. Les cellules de la masse interne seront quant à elles à l’origine de toutes les cellules du futur organisme. Au cours du temps, elles se diviseront, se spécialiseront, se différencieront et engendreront tous les organes : elles sont pluripotentes. Ce sont elles, les fameuses cellules souches embryonnaires (embryonic stem cells).

Cellules souches + cellules périphériques = chimère

L’embryon au stade blastocyste est une structure relativement simple. A tel point que les chercheurs, en jouant avec, ont réussi des prouesses assez extraordinaires. Prenons par exemple un embryon de souris au stade deux cellules, exprimant une protéine de fluorescence verte. Soumettons cet embryon à un petit courant électrique : l’effet est de fusionner ces cellules en une seule cellule contenant deux fois plus de matériel génétique (tétraploide au lieu de diploide). Laissons cet embryon se développer : il arrive sans trop de problème au stade blastocyste, et peut alors s’implanter dans un uterus. Prenons alors un autre embryon de souris, exprimant une protéine de fluorescence bleue. Extrayons en les cellules pluripotentes, et introduisons les dans notre embryon tétraploide (voir figure ci-contre).

L’embryon est alors capable de parfaitement se développer. Le miracle, comme on peut le voir sur la figure ci-contre, c’est que les cellules tétraploides contribuent uniquement au placenta (en vert), tandis que les cellules souches (en bleues) se différencient, et finissent par produire un embryon complet viable, clone génétique es cellules souches d’origine. Autrement dit, rien de plus facile que de fabriquer un organisme vivant complet à partir de cellules souches : il suffit d’injecter ces cellules dans un embryon tetraploide au stade blastocyste, et de laisser faire la nature.

Autre méthode de création de chimères : injecter des cellules souches dans un blastocyste normal. Dans ce cas, les deux types de cellules souches (celles de l’embryon original+celles rajoutés à la main) se différencient et contribuent à tous les organes de la souris adultes. Sur l’image ci-contre, on voit une souris chimère issue en partie de cellules souches artificielles iPS. On voit clairement les deux pigmentations, correspondant aux deux génomes différents.

Source des illustrations :

Wikipedia

Embryonic stem cells and mice expressing different GFP variants
for multiple non-invasive reporter usage within a single animal
Anna-KaterinaHadjantonakis et al.,BMC Biotechnology 2002, 2:11

In vitro reprogramming of fibroblasts into a pluripotent ES-cell-like state.Marius Wernig et al. Nature 448, 318-324(19 July 2007)