Dans une étude récente publiée dans la revue PNAS, les chercheurs ont examiné la relation entre la taille et le nombre de cellules dans le corps humain, établissant un cadre quantitatif et découvrant des modèles cellulaires à grande échelle.
Étude : Le nombre de cellules humaines et leur distribution en taille. Crédit d’image : Rattiya Thongdumhyu/Shutterstock
Sommaire
Arrière-plan
Les cellules, unités fondamentales de la vie, conservent des tailles spécifiques constantes chez tous les mammifères, les corps plus grands comportant plus de cellules que les plus grands. Cette taille de cellule cohérente facilite leurs fonctions désignées ; les écarts indiquent souvent des maladies. Les types de cellules, comme les neurones et les myocytes, possèdent une spécificité de taille essentielle à leurs tâches. Bien que des recherches antérieures fassent état d’environ 30 à 37 000 milliards de cellules humaines, une compréhension globale de la relation entre la taille et le nombre de cellules reste inexplorée. À mesure que des efforts tels que l’Atlas des cellules humaines émergent, visant à dresser le profil de chaque type de cellule humaine, nos données, intégrant l’histologie et l’anatomie, pourraient fournir une base quantitative pour comprendre la composition et la fonction cellulaires. Cette vision consolidée aide à relier la recherche moderne sur une seule cellule à la biologie cellulaire classique, soulignant la nécessité de poursuivre la recherche sur les paramètres cellulaires à l’échelle du corps.
À propos de l’étude
La présente étude a compilé des données sur la taille des cellules dans le corps humain à l’aide de trois modèles anatomiques : homme, femme et enfant. S’appuyant sur plus de 1 500 sources, les chercheurs ont identifié environ 400 types de cellules uniques répartis dans 60 systèmes tissulaires. En utilisant le modèle masculin comme référence, qui contenait des données plus détaillées, ils ont effectué des estimations pour les femmes et les enfants sur la base de certaines hypothèses.
Nombre de cellules contrastées et distributions de biomasse par type de cellule. Cartes d’arbres de Voronoi pour les 400 types de cellules étudiés du modèle anatomique masculin de référence (la zone représente le nombre relatif de cellules ou la biomasse). (A) Le nombre de cellules est dominé par les globules rouges et les plaquettes, qui sont supprimés de la carte arborescente du nombre de cellules. Même après avoir éliminé les globules sanguins non nucléés (≈29 000 milliards), les globules blancs (≈3 400 milliards) dominent toujours le nombre de cellules nucléées ≈7 000 milliards, avec 98 % de globules blancs résidant dans les tissus, 1 % en circulation et 1 % en marge intravasculaire. (B) La biomasse cellulaire est dominée par les myocytes squelettiques, qui représentent environ la moitié des 45 kg de biomasse cellulaire du corps, même s’ils représentent <0,002 % du nombre de cellules nucléées, qui sont supprimés de la carte de l'arbre de la biomasse. La plupart des 23,5 kg restants de biomasse cellulaire sont des adipocytes blancs (≈12 kg ; bien que la graisse corporelle varie considérablement selon les sujets). Des cartes arborescentes pour une femelle de référence de 60 kg (≈28 billions de cellules) et un enfant de 32 kg (≈17 billions de cellules), ainsi que des groupes de cellules et des systèmes organiques plus détaillés, peuvent être explorés sur https://humancelltreemap.mis.mpg.de/ (Annexe SI, fig. S7 à S9).
L’étude a ajusté la taille des cellules pour les myocytes et les cellules nerveuses en fonction de la croissance ou du rétrécissement du système, bien que les chiffres soient restés cohérents selon les sexes et les âges. Le modèle masculin a révélé que les cellules sanguines pèsent environ 4,7 kg, réparties en 53 types répartis dans 30 systèmes tissulaires. Les données de la Commission internationale de protection radiologique (CIPR), notamment les masses tissulaires et la teneur en graisses et en protéines, ont été recueillies à partir d’autopsies et d’imageries. Le cerveau masculin contient environ 88 milliards de neurones et un nombre similaire de non-neurones.
Des défis d’estimation sont apparus, en particulier avec les cellules épithéliales et endothéliales, en raison de leur large distribution. Des informations détaillées sur les fibroblastes et les cellules ostéoïdes dans les tissus ont également été notées. Les mâles ont 13,3 kg de masse cellulaire adipocytaire répartie dans des zones telles que les régions hypodermiques et viscérales, avec des valeurs distinctes chez les femelles et les enfants. L’étude a largement cartographié la distribution de la taille des cellules dans le corps humain.
Résultats de l’étude
L’ensemble de données complet assemblé fournit une vue approfondie des paramètres de tous les principaux types de cellules humaines, fournissant des détails inégalés sur divers systèmes tissulaires. Par exemple, il détaille méticuleusement la taille des fibres musculaires de tous les principaux groupes musculaires squelettiques, neurones et groupes de cellules gliales des systèmes nerveux périphérique et central, ainsi que des groupes de cellules sanguines depuis leur création dans la moelle osseuse jusqu’à leur distribution éventuelle dans les principaux organes sanguins et tissus. En outre, une attention particulière a été portée aux tissus vitaux pour la santé humaine, notamment le système digestif et les tissus reproducteurs féminins.
Répartitions des classes cellulaires dans certains tissus. Le nombre de cellules et les distributions de la biomasse dans 18 grandes classes de cellules (colorées) sont présentées pour les 32 systèmes tissulaires les plus importants du corps, représentant environ la moitié des 60 systèmes tissulaires étudiés, y compris la grande majorité de la biomasse cellulaire totale. Les valeurs numériques se réfèrent à un homme de référence, à l’exception des seins, de l’utérus et des ovaires féminins. La plupart des systèmes tissulaires sont dominés par les ≈140 types de cellules distincts constituant la classe de cellules épithéliales. « CNS » et « PNS » font respectivement référence aux systèmes nerveux central et périphérique. La classe « Autres cellules sanguines » est dominée par les macrophages, mais comprend les monocytes et les précurseurs des globules rouges et des plaquettes. La biomasse cellulaire exclut les composants non cellulaires de la biomasse dans chaque tissu, constitués d’eau extracellulaire, de protéines et de minéraux.
La présente recherche souligne l’immensité du spectre de taille des cellules humaines, un globule rouge étant plus d’un million de fois plus petit qu’un myocyte. Certains modèles distincts sont apparus lors de l’examen des distributions entre le nombre de cellules et la biomasse. La numération cellulaire comprend principalement les plaquettes, les globules rouges et les globules blancs résidant dans les tissus. En revanche, la biomasse cellulaire comprend principalement des cellules musculaires et adipeuses.
Une perspective plus large de la taille et du nombre de cellules est construite grâce à un histogramme de la taille des cellules qui couvre tout le corps humain. En supposant une distribution lognormale, jugée adaptée à la plupart des types de cellules, les chercheurs l’ont adoptée pour mieux relier chacun des 1 264 groupes de cellules de leur ensemble de données. La relation trouvée entre le nombre total de log dans chaque classe de taille de log s’alignait depuis les minuscules globules rouges jusqu’aux myocytes significativement plus gros. Cette relation suggère une relation presque inverse entre la taille et le nombre de cellules, ce qui suggère que lorsque la taille d’une cellule augmente d’un certain facteur, son nombre diminue d’un facteur similaire, et vice versa.
Il est intéressant de noter que la biomasse cellulaire est généralement répartie uniformément entre les classes de taille cellulaire, mais elle n’est pas sans irrégularités. Parmi les cellules plus petites, la distribution de taille présente des interruptions autour des plaquettes et des spermatozoïdes haploïdes. Les cellules nettement plus grandes, comme les adipocytes et les myocytes, affichent des distributions de taille larges, leur nombre restant relativement statique quels que soient des facteurs tels que l’obésité ou la dégradation musculaire.
De plus, les données fournissent un aperçu de la variation de la taille des cellules entre différents types de cellules. Avec des données adéquates pour de nombreux groupes de cellules, la variation de taille de ces groupes a été calculée. Les résultats ont montré que, sur une large gamme de tailles de cellules, le coefficient de variation (CV) reste relativement cohérent. Cette cohérence du CV pourrait indiquer que les mécanismes régissant la taille des cellules restent uniformes dans diverses cellules du corps humain.
Conclusions
Pour résumer, l’étude a reconnu que les variations pourraient provenir de différences biologiques ou d’inexactitudes de mesure, révélant des incertitudes dans divers types de cellules ; bien que la relation entre la ploïdie cellulaire et la masse cellulaire reste inexplorée, les premières estimations indiquent que seul un faible pourcentage de toutes les cellules nucléées sont polyploïdes. Il existe une tendance notable selon laquelle la taille et le nombre de cellules sont inversement liés, observés dans divers organismes. Les origines de ces schémas ne sont pas universellement reconnues, mais de nombreux facteurs pourraient les influencer, notamment les taux de croissance et de division cellulaire. Enfin, ces données pourraient avoir diverses applications, depuis la compréhension des fonctions immunitaires, l’affinement des estimations du nombre de lymphocytes, l’aide aux techniques d’identification cellulaire jusqu’à servir de référence pour de futures études, offrant éventuellement un aperçu des prédictions énergétiques basées sur la taille des cellules.
