L’axolotl Ambystoma mexicain est un animal de compagnie populaire en raison de son apparence unique et mignonne. Contrairement aux autres salamandres en cours de métamorphose, les axolotls (prononcé ACK-suh-LAH-tuhl) ne dépassent jamais leur stade larvaire juvénile, un phénomène appelé néoténie. Il est également connu pour sa capacité à régénérer les membres perdus et d’autres tissus tels que le cerveau, la moelle épinière, la queue, la peau, les membres, le foie, les muscles squelettiques, le cœur, la mâchoire supérieure et inférieure et les tissus oculaires tels que la rétine, la cornée et lentille.
Lors d’une lésion cérébrale, les mammifères, y compris les humains, sont presque incapables de régénérer les tissus perdus. En revanche, certains animaux tels que les poissons et les axolotls peuvent reconstituer les régions cérébrales blessées avec de nouveaux neurones.
La régénération du cerveau nécessite la coordination de réponses complexes d’une manière spécifique au temps et à la région. Pour mieux comprendre ce processus, BGI et ses partenaires de recherche ont appliqué la technologie Stereo-seq pour reconstruire l’architecture cérébrale de l’axolotl lors des processus de développement et de régénération à une résolution unicellulaire dans une étude publiée sur la couverture de La science. L’examen des gènes et des types de cellules qui permettent aux axolotls de régénérer leur cerveau pourrait être la clé pour améliorer les traitements des blessures graves et libérer le potentiel de régénération chez l’homme.
L’équipe de recherche a collecté des échantillons d’axolotl à six stades de développement et sept phases de régénération avec les données spatio-temporelles Stereo-seq correspondantes. Les six stades de développement comprennent :
– Le premier stade d’alimentation après l’éclosion (Stade 44) ;
– Le stade de développement des membres antérieurs (stade 54) ;
– Le stade de développement des membres postérieurs (stade 57) ;
– Stade juvénile ;
– Âge adulte ;
– Métamorphose
Grâce à l’étude systématique des types de cellules à divers stades de développement, les chercheurs ont découvert qu’au cours des premiers stades de développement, les cellules souches neurales situées dans la région VZ sont difficiles à distinguer entre les sous-types, et avec des sous-types de cellules souches neurales spécialisées avec des caractéristiques spatiales régionales de l’adolescence, suggérant ainsi que divers sous-types peuvent avoir des fonctions différentes pendant la régénération.
Dans la troisième partie de l’étude, les chercheurs ont généré un groupe de données transcriptomiques spatiales de sections de télencéphale couvrant sept étapes de régénération induites par des blessures. Après 15 jours, un nouveau sous-type de cellules souches neurales, reaEGC (cellules épendymogliales réactives), est apparu au niveau de la plaie.
Une connexion tissulaire partielle est apparue au niveau de la plaie et après 20 à 30 jours, de nouveaux tissus avaient été régénérés, mais la composition du type cellulaire était significativement différente de celle du tissu non lésé. Les types de cellules et leur distribution dans la zone endommagée ne sont pas revenus à l’état du tissu non lésé avant 60 jours après la lésion.
Le sous-type clé de cellules souches neurales (reaEGC) impliqué dans ce processus est dérivé de l’activation et de la transformation de sous-types de cellules souches neurales au repos (wntEGC et sfrpEGC) près de la plaie après avoir été stimulés par une blessure.
Quelles sont les similitudes et les différences entre la formation des neurones au cours du développement et de la régénération ? Les chercheurs ont découvert un schéma similaire entre le développement et la régénération, qui va des cellules souches neurales aux cellules progénitrices, puis aux neurones immatures et enfin aux neurones matures.
En comparant les caractéristiques moléculaires des deux processus, les chercheurs ont découvert que le processus de formation des neurones est très similaire pendant la régénération et le développement, ce qui indique que la blessure incite les cellules souches neurales à se transformer en un état de développement rajeuni pour initier le processus de régénération.
Notre équipe a analysé les types de cellules importants dans le processus de régénération du cerveau de l’axolotl et a suivi les changements dans sa lignée cellulaire spatiale. La dynamique spatio-temporelle des principaux types de cellules révélée par Stereo-seq nous fournit un outil puissant pour ouvrir de nouvelles directions de recherche dans les sciences de la vie. »
Dr Xiaoyu Wei, premier auteur de cet article et chercheur principal de BGI-Research
L’auteur correspondant Xun Xu, directeur des sciences de la vie chez BGI-Research, a noté que « dans la nature, il existe de nombreuses espèces auto-régénérantes et les mécanismes de régénération sont assez divers. Avec les méthodes multi-omiques, les scientifiques du monde entier peuvent travailler ensemble plus systématiquement. »
