Les cellules intestinales peuvent changer de spécialisation au cours de leur vie. La voie de signalisation BMP – un mécanisme de communication important entre les cellules – semble être le moteur de ces changements.
C’est ce qu’ont conclu les scientifiques des groupes de Hans Clevers (Hubrecht Instituut) et Ye-Guang Chen (Université de Tshinghua, Pékin) après des recherches sur des organoïdes et des souris. L’étude sera publiée dans Rapports de cellule le 1er mars 2022 et offre de nouvelles perspectives sur les cibles potentielles pour le traitement des maladies métaboliques.
La paroi intestinale est constituée de différents types de cellules. Certains sont par exemple responsables de l’absorption des nutriments, tandis que d’autres produisent des hormones. On a longtemps pensé qu’après leur formation, les cellules intestinales se spécialisaient dans une fonction qu’elles exécutaient en continu jusqu’à leur mort. Cependant, des études récentes montrent que ces cellules peuvent changer de spécialisation. Des chercheurs des groupes de Hans Clevers et Ye-Guang Chen (Université Tsinghua, Pékin) ont maintenant découvert que ces changements sont pilotés par la voie de signalisation BMP.
Sommaire
Moteur de changement
La voie de signalisation BMP est l’une des nombreuses voies de signalisation dans le corps. De telles voies forment des lignes de communication entre les cellules : avec la production d’une protéine par une cellule, elle donne un signal à la cellule suivante, qui à son tour produit des protéines. Finalement, toute cette cascade de production de protéines déclenche certains processus, par exemple des processus importants au cours du développement embryonnaire. Joep Beumer, l’un des chercheurs du projet, explique : « Nous savions que la signalisation BMP jouait un rôle important dans la spécialisation initiale des cellules intestinales. Ce que nous avons maintenant découvert, c’est qu’elle est aussi le moteur des changements dans les spécialisations de ces dernières. cellules au cours de leur vie.
Migration
Les cellules intestinales proviennent de cellules souches qui se trouvent dans les indentations (c’est-à-dire les cryptes) de la paroi intestinale. Ces cellules intestinales migrent ensuite vers les villosités intestinales. Au cours de leur migration, ils remplissent une certaine fonction, par exemple l’absorption de nutriments ou la production d’hormones. Une fois qu’ils atteignent le sommet des villosités, ils meurent.
La fonction des cellules intestinales change au cours de leur migration le long des villosités. Ils produisent par exemple des composants antimicrobiens dans les parties inférieures des villosités (au début), alors qu’ils participent à l’absorption des graisses plus tard dans leur parcours.. »
Joep Beumer, chercheur, Institut Hubrecht
Ce changement progressif de la fonction des cellules s’appelle la zonation. « Dans le même temps, la voie de signalisation BMP est peu active dans les cryptes et dans les parties inférieures des villosités, alors qu’elle devient de plus en plus active plus haut dans les villosités.
Organoïdes humains
Les scientifiques du laboratoire Clevers ont utilisé des organoïdes intestinaux pour leurs recherches. Ce sont de minuscules structures 3D qui peuvent être cultivées en laboratoire et qui imitent la fonction de l’intestin. Dans ces intestins miniatures, les chercheurs ont pu imiter les conditions de signalisation BMP faible ou élevée, similaires à l’environnement altérant le long des villosités intestinales. En utilisant le «séquençage d’ARN monocellulaire», une technique qui permet de voir quels gènes sont actifs et lesquels ne le sont pas, ils ont fait une découverte surprenante. Jens Puschhof explique :
« Lorsque le BMP était actif dans les organoïdes, les cellules de ces intestins miniatures étaient identiques aux cellules situées au sommet des villosités, tandis que l’inactivation du BMP faisait ressembler les cellules des organoïdes aux cellules situées dans les parties inférieures des villosités. En d’autres termes, la zonation s’est avérée dépendante de la voie de signalisation BMP. »
Modèle de souris
Les résultats trouvés dans les organoïdes devaient être confirmés dans les organismes vivants. Des collègues du groupe de Ye-Guang Chen ont utilisé un modèle de souris dans lequel la signalisation BMP pouvait être désactivée dans l’intestin. Chez les souris avec une voie de signalisation BMP inactive dans l’intestin, les cellules intestinales ne changeaient plus de spécialisation lors de leur migration des cryptes vers les villosités. « Cela a confirmé notre conclusion : la signalisation BMP est le moteur de la zonation des cellules intestinales », déclare Beumer.
Implications méthodologiques
L’étude, qui sera publiée dans Cell Reports, a des implications importantes pour l’utilisation des organoïdes pour la recherche. « Normalement, les chercheurs inhibent la signalisation BMP dans les organoïdes », explique Fjodor Yousef Yengej. « Bien que cela se soit avéré bénéfique pour la croissance, toutes les fonctions de l’intestin ne sont pas représentées dans ces cultures. » L’activation de la signalisation BMP peut être nécessaire pour la recherche sur certains sujets, tels que l’absorption des graisses.
Traitement des maladies métaboliques
En plus de fournir ces nouvelles connaissances fondamentales sur les fonctions des cellules intestinales au cours de leur vie, l’étude pourrait à terme contribuer au développement de nouveaux traitements pour les maladies métaboliques. « Dans certaines maladies métaboliques, il y a une accumulation de graisse dans des parties du corps comme le foie, ou un déséquilibre des hormones intestinales. Nous savons maintenant que la signalisation BMP active stimule l’absorption des graisses, donc si nous pouvons inhiber la signalisation chez ces patients, nous pouvons également influencer l’absorption des graisses », conclut Beumer. Les inhibiteurs de BMP ciblant l’intestin doivent encore être développés, mais auraient de larges effets bénéfiques sur le métabolisme.
