Le phénomène de régénération a été découvert il y a plus de 200 ans dans le polype d’eau douce Hydre. Jusqu’à présent, cependant, on ne savait pas vraiment comment la régénération ordonnée des tissus ou organes perdus est activée après une blessure. Dans ses enquêtes sur Hydre, une équipe de recherche interdisciplinaire de l’Université de Heidelberg a pu montrer comment les signaux de cicatrisation émis lors d’une blessure sont convertis en signaux spécifiques de formation de motifs et de différenciation cellulaire. Les composants essentiels sont les protéines kinases activées par les mitogènes (MAPK) et la voie de signalisation Wnt – des mécanismes moléculaires qui sont restés relativement inchangés tout au long de l’évolution.
La capacité de régénération varie considérablement chez les animaux. La plupart des mammifères et des vertébrés n’ont qu’une capacité de régénération limitée, tandis que les animaux basaux et simples qui ont émergé tôt dans l’évolution, comme les cnidaires et les planaires, peuvent régénérer tout leur corps. Dans tous les cas, le processus de régénération commence par la cicatrisation. Les cellules sur le site de la blessure prolifèrent et forment une masse indifférenciée – un blastème – à partir de laquelle les structures manquantes sont reconstituées. Cela active les processus génétiques qui contrôlent également le développement embryonnaire. Pour déterminer les mécanismes moléculaires impliqués, l’équipe de recherche dirigée par le Prof. Dr Thomas W. Holstein a étudié le polype d’eau douce Hydre comprendre les caractéristiques fondamentales de cette activation de la régénération.
Le cœur de leurs recherches est la thèse de doctorat d’Anja Tursch. Elle renouvela l’expérience clé du naturaliste genevois Abraham Trembley (1710 à 1784) qui l’amena à découvrir le phénomène de régénération. La Hydre le polype est coupé en deux, incitant la moitié supérieure à régénérer une nouvelle « tête » et la moitié inférieure un nouveau « pied » – par conséquent, des parties du corps totalement différentes peuvent se développer à partir du même tissu à la surface coupée au milieu. S’appuyant sur leurs travaux antérieurs sur Hydre régénération, les chercheurs du Center for Organismal Studies (COS) de l’Université de Heidelberg viennent de montrer comment cela est possible.
Quel que soit l’endroit où il se produit, tout dommage déclenche des signaux non spécifiques pour une réponse à la blessure, c’est-à-dire la cicatrisation, via les ions calcium et la production d’espèces réactives de l’oxygène. Les signaux sont transmis de manière intracellulaire par trois protéines kinases activées par des mitogènes – p38, JNK et ERK. L’activation de ces trois molécules est nécessaire pour la régénération de la tête et des pieds. Sont alors activées les voies de signalisation Wnt qui sont importantes au cours du développement embryonnaire pour la formation des organes rudimentaires et de l’axe corporel. Les signaux génériques de la cicatrisation sont ainsi transférés en signaux spécifiques à la position de la structuration et de la différenciation cellulaire pour la régénération.
« Nos expériences montrent que la voie de signalisation Wnt est un composant principal de la réponse initiale générale à la blessure et, selon la force du signal, dirige le tissu vers le développement de la tête ou du pied », explique le professeur Holstein. C’est pourquoi, dans le cas de l’inhibition de MAPK, la régénération autrement absente peut être induite par des protéines Wnt recombinantes générées artificiellement.
Il était également surprenant que dans les parties médianes du corps dont la tête et le pied avaient été enlevés, les têtes puissent être induites aux deux extrémités de cette manière. »
Dr Suat Özbek, membre du groupe de recherche « Molecular Evolution and Genomics » du Pr Holstein au COS
Wnt/β-caténine, un élément de la voie de signalisation Wnt, était déjà connue pour coder des informations de position pour la formation d’une nouvelle structure de tête. En collaboration avec des mathématiciens dirigés par le professeur Dr Anna Marciniak-Czochra, l’équipe de recherche du professeur Holstein et du Dr Özbek a développé un modèle qui montre comment les informations de position basale dans le tissu transforment la réponse de blessure initialement indifférenciée en un processus de structuration différentiel via le Wnt voie de signalisation. « Parce que les MAPK et les Wnt sont hautement conservés au cours de l’évolution, ce mécanisme est probablement profondément ancré dans notre génome, ce qui est également important pour les processus de régénération chez les vertébrés et les mammifères », souligne Thomas Holstein.
La recherche a été effectuée sous les auspices du Centre de recherche collaborative « Mécanismes et fonctions de la signalisation Wnt » (CRC 1324) financé par la Fondation allemande pour la recherche. Les résultats ont été publiés dans le « Actes de l’Académie nationale des sciences » (PNAS).
