À mesure que le corps vieillit, la fonction des organes décline progressivement et le risque d’un large éventail de maladies, notamment les maladies cardiovasculaires, le cancer et les maladies neurodégénératives, augmente. Comprendre comment le corps vieillit est un domaine de recherche intense, car il éclairera potentiellement les moyens de promouvoir un vieillissement en bonne santé.
Des chercheurs du Baylor College of Medicine, de Chan Zuckerberg Biohub San Francisco, de Genentech, Inc. et d’institutions collaboratrices ouvrent la voie dans cette direction. Ils rapportent dans le journal Science, le premier Aging Fly Cell Atlas (AFCA), une caractérisation détaillée du processus de vieillissement dans 163 types cellulaires distincts chez la drosophile de laboratoire. Leur analyse approfondie a révélé que différents types de cellules dans le corps vieillissent différemment, chaque type de cellule suivant un processus impliquant des modèles spécifiques au type de cellule. L’AFCA fournit une ressource précieuse aux chercheurs des communautés de la mouche des fruits et du vieillissement en tant que référence pour étudier le vieillissement et les maladies liées à l’âge et pour évaluer le succès des stratégies anti-âge.
La recherche a montré que, par exemple, certaines cellules comme les neurones du cerveau vivent plus longtemps que les cellules de la muqueuse intestinale, qui sont souvent remplacées par de nouvelles. Notre équipe souhaite mieux comprendre comment les différents types de cellules vieillissent différemment, et à cette fin, nous avons analysé en détail plusieurs caractéristiques biologiques des types de cellules individuelles lorsque les mouches des fruits vieillissent naturellement en laboratoire. La mouche des fruits est un modèle bien connu pour étudier les conditions humaines. Environ 75 % des gènes associés aux maladies humaines ont des homologues fonctionnellement similaires chez la mouche. »
Dr Hongjie Li, professeur adjoint, génétique moléculaire et humaine, Huffington Center on Aging, Baylor College of Medicine
Le Dr Stephen Quake, professeur Lee Otterson de bioingénierie et de physique appliquée à l’Université de Stanford et co-auteur correspondant du Science article, a déclaré que le nouvel atlas fournit une puissante ressource en libre accès permettant aux scientifiques de mieux comprendre la biologie du vieillissement. « Grâce à une collaboration très productive, notre équipe a créé une carte exceptionnellement détaillée de la façon dont l’expression des gènes change avec le vieillissement dans un large éventail de types de cellules chez la mouche », a déclaré Quake, également responsable scientifique de la Chan Zuckerberg Initiative (CZI). « Étant donné qu’une majorité de ces gènes ont des rôles similaires chez les humains, cet ensemble de données offre un point de vue unique pour commencer à déchiffrer pourquoi de nombreuses maladies humaines graves apparaissent plus tard dans la vie. »
Au fur et à mesure que les mouches vieillissaient, les chercheurs ont prélevé des échantillons lorsque les animaux avaient 30, 50 et 70 jours (ce dernier équivaut à une personne de 80 ans). À chaque instant, l’équipe a effectué un séquençage d’ARN à noyau unique pour analyser les changements d’expression génique dans des cellules individuelles de différents organes et a comparé les résultats à ceux de jeunes mouches (âgées de 5 jours). L’équipe a examiné quatre caractéristiques de vieillissement différentes : les modifications de la composition cellulaire, le nombre de gènes exprimés de manière différentielle, la modification du nombre de gènes exprimés et le déclin de l’identité cellulaire. Ils ont découvert qu’à mesure que les mouches vieillissent, ces caractéristiques changent en groupe selon des schémas spécifiques au type de cellule.
« Nous avons constaté que le vieillissement a un impact sur la composition cellulaire de toute la mouche », a déclaré Li. Les cellules du corps gras faisaient partie des types de cellules dont le nombre a le plus augmenté, tandis que les cellules musculaires ont le plus diminué. Les neurones, cependant, n’ont pas montré de changements majeurs dans le nombre de cellules au cours de la vie de la mouche des fruits. « En outre, l’analyse des gènes exprimés par différents types de cellules dans le temps a révélé que les cellules graisseuses présentent la plus grande différence entre le nombre de gènes exprimés chez les jeunes et les vieilles mouches des fruits », a déclaré Li.
Les chercheurs ont également découvert qu’environ 80 % de tous les types de cellules analysés diminuaient le nombre de gènes exprimés et 20 % augmentaient ce nombre. « Nous prévoyons d’étudier le mécanisme de cette observation à l’avenir », a déclaré le co-premier auteur, le Dr Tzu-Chiao Lu, associé postdoctoral au Huffington Center on Aging.
L’équipe a également étudié si les programmes d’expression de gènes cellulaires qui définissent l’identité cellulaire changent à mesure que les animaux vieillissent. « Par exemple, par rapport au marqueur d’identité musculaire de vol Nig1 chez les jeunes mouches, le marqueur chez les mouches plus âgées est considérablement diminué, tandis que d’autres marqueurs ont commencé à apparaître à mesure que les mouches vieillissaient », a déclaré Li.
« Nous avons appris que chacune des quatre caractéristiques de vieillissement que nous avons étudiées mesure un aspect différent de la cellule et qu’aucune caractéristique ne s’applique à tous les types de cellules », a déclaré Li. « La combinaison de toutes les caractéristiques du vieillissement nous a amenés à découvrir des les schémas de vieillissement spécifiques au type de cellule et leur comparaison ont révélé des résultats utiles et intéressants. Par exemple, les neurones du cerveau vieillissent lentement, tandis que les cellules musculaires, adipeuses et hépatiques vieillissent beaucoup plus rapidement. De plus, les schémas de vieillissement spécifiques au type de cellule peuvent varier selon le sexe. »
« Une observation critique de cette étude est que les schémas de vieillissement spécifiques au type de cellule dans les cellules peuvent être utilisés pour évaluer l’âge biologique, c’est-à-dire l’état de vieillissement relatif d’un organisme, indépendamment de son âge chronologique », a déclaré le co-auteur correspondant, le Dr Heinrich. Jasper, chercheur principal chez Genentech Inc. « Cela fournira des informations supplémentaires sur les facteurs, tels que les régimes alimentaires, les médicaments et les maladies, qui peuvent modifier la trajectoire du vieillissement et donc rendre un organisme » plus jeune « ou » plus âgé « que son âge chronologique. »
« Nous espérons que les chercheurs exploreront les possibilités qu’offre l’AFAC à une variété de domaines scientifiques, y compris la génétique, la biologie cellulaire et la physiologie », a déclaré Li. L’équipe a développé un portail de données convivial et offre un accès via la plateforme CELLxGENE de CZI. Toutes les ressources sont accessibles sur https://hongjielilab.org/afca.
