A la découverte du destin des cellules

D'un point de vue biologique, une cellule est la plus petite unité fonctionnelle des organismes vivants. Le nombre de cellules dans le corps humain est gigantesque et atteint l'ordre de grandeur de 10 à 100 billions - selon la taille et le poids du corps. La plupart de ces cellules sont différenciées ; elles assurent des fonctions spécifiques dans le corps. D'autres cellules, appelées cellules souches, peuvent se renouveler indéfiniment par division et assurent le renouvellement des cellules différenciées du corps. En effet, la durée de vie de certaines cellules du corps est relativement courte : par exemple, certains globules blancs (leucocytes) et plaquettes sanguines (thrombocytes) meurent au bout de quelques heures à quelques jours seulement, les globules rouges (érythrocytes) au bout d'environ quatre mois.

Cellules souches hématopo?étiques

Les cellules souches du sang dans la moelle osseuse produisent donc chaque seconde des millions de nouvelles cellules sanguines. Ces cellules souches sanguines sont dites multipotentes ; elles peuvent donner naissance à toutes sortes de cellules sanguines aux fonctions différentes : Les globules rouges, responsables du transport de l'oxygène, les globules blancs, responsables de la défense immunitaire, et les plaquettes, importantes pour la coagulation du sang. Jusqu'à présent, on ne comprend que très partiellement comment les cellules souches sanguines développent les différents types de cellules. Le chemin de la différenciation, c'est-à-dire la décision de savoir en quel type de cellule une cellule va se développer, dépend de différents facteurs externes et internes.

Timm Schroeder, professeur au Département des systèmes biologiques de l'ETH Zurich, basé à B?le, étudie avec son équipe les facteurs qui jouent un r?le dans l'orientation des différentes cellules sanguines. "La régulation de l'orientation de la différenciation des cellules souches du sang est essentielle pour le maintien normal de l'hématopo?èse au quotidien", explique Schroeder. "Si elle ne fonctionne pas correctement, des maladies potentiellement mortelles telles que les anémies et les leucémies apparaissent. C'est pourquoi nous souhaitons mieux comprendre le mécanisme moléculaire de cette régulation".

Observation au niveau moléculaire

Le biologiste cellulaire a analysé avec son équipe comment les cellules souches du sang se différencient en différents types de cellules sanguines et comment les molécules du noyau cellulaire (facteurs de transcription) contr?lent ce processus complexe. En collaboration avec le Helmholtz Zentrum München (centre de recherche pour la santé et l'environnement), ils ont développé à cet effet une nouvelle technique de microscopie pour l'observation des cellules - une installation spéciale qui n'existe désormais que dans très peu de laboratoires de cellules souches dans le monde.

Les chercheurs se sont particulièrement intéressés aux deux protéines GATA1 et PU.1. Celles-ci jouent un r?le important dans la différenciation des cellules sanguines, raconte Timm Schroeder. "Ce sont des facteurs de transcription qui peuvent activer ou désactiver de vastes programmes génétiques avec de nombreux gènes cibles. Cela en fait de puissants régulateurs du destin des cellules".

Un potentiel prometteur

Gr?ce à la microscopie en accéléré, les chercheurs fondamentaux ont ainsi pu observer des cellules souches sanguines vivantes en cours de maturation avec une précision inédite et quantifier les deux protéines GATA1 et PU.1. "Pendant des décennies, on pensait que ces deux facteurs de transcription prenaient les décisions de lignée des cellules souches du sang. Nous avons maintenant pu montrer que ce n'était pas le cas et que d'autres mécanismes devaient être responsables de ces décisions", explique Schroeder. Selon lui, la recherche doit maintenant se concentrer sur d'autres mécanismes moléculaires afin de comprendre la différenciation très complexe des cellules souches du sang.

Les maladies du sang, comme la leucémie par exemple, sont des troubles graves du système hématopo?étique de la moelle osseuse. Pour mieux comprendre à l'avenir de telles maladies et les traiter avec succès, il est important de disposer de connaissances précises sur la formation des différentes cellules sanguines. Une première pierre vient d'être posée à cet effet à l'ETH Zurich.