Les cellules souches prématurément vieillies ou surmenées sont-elles un facteur important de maladie pulmonaire chronique ? Les conclusions d’une étude qui vient d’être publiée en CELLULES SOUCHES Médecine translationnelle (SCTM) disent que c’est probablement le cas.
L’étude a déterminé que des lésions répétées du tissu épithélial des voies respiratoires provoquent un « vieillissement biologique » des cellules souches qui s’y trouvent. « Ce vieillissement prématuré des cellules souches trachéobronchiques (CST) peut à son tour contribuer à une maladie pulmonaire chronique », a expliqué Susan D. Reynolds, Ph.D., du Nationwide Children’s Hospital à Columbus, Ohio, et co-investigateur principal du nouveau étudier avec Moumita Ghosh, Ph.D., Faculté de médecine de l’Université du Colorado, campus médical d’Anschutz.
Les tissus épithéliaux se trouvent dans tout le corps. Leurs fonctions comprennent la protection, la sécrétion, l’absorption, l’excrétion, la filtration, la diffusion et la réception sensorielle. Des études antérieures ont indiqué que la capacité de l’épithélium à s’auto-renouveler et à se différencier diminue avec le temps, et que ces changements diminuent la capacité de régénération. Cette perte de fonction peut amener la cellule souche tissu-spécifique et son tissu d’origine à être biologiquement plus vieux que son âge chronologique. (L’âge chronologique est le nombre d’années depuis la naissance, tandis que l’âge biologique tient compte des facteurs externes qui modifient la fonction.)
Des études antérieures ont également démontré que l’âge biologique des cellules pulmonaires est supérieur à leur âge chronologique dans au moins deux maladies pulmonaires chroniques, la fibrose pulmonaire idiopathique (FPI) et la maladie pulmonaire obstructive chronique (MPOC). « Ces travaux ont identifié le vieillissement accéléré comme un nouveau processus de maladie pulmonaire ; cependant, l’utilisation de ces informations pour développer de nouvelles thérapies pour traiter les patients nécessite une meilleure compréhension du vieillissement chronologique et des facteurs qui augmentent l’âge biologique », a déclaré le Dr Reynolds. C’était l’objectif de ce dernier ouvrage.
Le vieillissement biologique est associé au raccourcissement des télomères. Les télomères, situés aux extrémités des chromosomes, empêchent la perte d’informations génétiques lors de la réplication de l’ADN. Ils raccourcissent à mesure que les cellules se divisent en réponse à un renouvellement cellulaire normal ou à une mort cellulaire induite par une blessure.
Dans une étude antérieure, les Drs. Reynolds, Ghosh et leur équipe ont contesté l’idée que TSC maintient sa fonction tout au long de la vie d’un individu. Au lieu de cela, ils ont suggéré que la prolifération répétée des TSC les a fait vieillir biologiquement et perdre leur capacité fonctionnelle – une théorie soutenue par les résultats de leur étude.
Dans notre dernière étude, nous avons affiné ce concept en montrant que les blessures n’activaient qu’une fraction de la population de souris TSC et avons suggéré que ce processus conservait le potentiel mitotique de la sous-population inactive. »
Susan D. Reynolds, Ph.D., Hôpital national pour enfants
Après avoir exposé des souris au naphtalène – un hydrocarbure aromatique couramment utilisé dans les boules à mites et la fabrication – ils ont utilisé le marquage à la chromatine et la cytométrie en flux pour déterminer que cette blessure avait activé un sous-ensemble de TSC, qui a continué à proliférer après la réparation de l’épithélium. Une deuxième exposition au naphtalène a accéléré la prolifération des TSC.
Lorsque les chercheurs ont examiné pourquoi cela se produisait, ils ont découvert qu’une nouvelle cohorte de TSC avait été activée et était responsable de la régénération épithéliale. Ainsi, ils ont conclu que l’activation partielle du pool de TSC conservait le potentiel mitotique de la TSC restante.
Leur analyse de la TSC de souris a également démontré que la majorité des TSC activées (96 %) ne s’auto-renouvelaient pas, mais produisaient plutôt des cellules basales potentielles unitaires – le descendant final de la TSC – et, par conséquent, étaient perdues du pool de TSC.
En résumé, le Dr Ghosh a noté: « Ces études sur des souris indiquent que les blessures provoquent une activation sélective du pool de TSC et que les TSC activées sont prédisposées à une prolifération supplémentaire. Cela a également démontré que l’état activé des TSC conduit à une différenciation terminale. «
Ensuite, l’équipe a analysé la longueur des télomères dans les TSC humaines à l’aide de cellules bronchiques et nasales données par des personnes atteintes d’une maladie rare du vieillissement prématuré appelée dyskératose congénitale (DC), causée par des mutations des télomères. À titre de contrôle, ils ont également étudié les TSC donnés par des personnes en bonne santé sans le trouble.
Tout comme avec les souris, il est apparu qu’une prolifération répétée chez l’homme conduisait à une différenciation terminale des TSC et à un pool de TSC appauvri. « La fréquence des TSC était significativement diminuée chez les patients DC par rapport aux témoins non DC, les TSC de longue durée n’ont pas été détectées chez les patients DC et les TSC des patients DC avaient des télomères courts », a ajouté le Dr Reynolds.
« Collectivement, ces données provenant des études sur les TSC murines et humaines indiquent que de nombreux cycles de blessure/réparation diminuent le potentiel réparateur de l’épithélium et que l’ampleur de cette diminution dépend du nombre de TSC activés par chaque blessure. Ces études identifient le vieillissement biologique. de la TSC en tant que processus pouvant entraîner le développement d’une maladie pulmonaire chronique », ont conclu les chercheurs.
« Cette dernière recherche ajoute plus de connaissances scientifiques à ce que nous savons sur le développement des maladies pulmonaires chroniques », a déclaré Anthony Atala, MD, rédacteur en chef de CELLULES SOUCHES Médecine translationnelle et directeur du Wake Forest Institute for Regenerative Medicine. « Une meilleure compréhension du vieillissement biologique des cellules souches pourrait un jour conduire à de nouveaux traitements et thérapies. »
