Activité des cellules souches rétiniennes dans la croissance et la réparation du tissu neural – EYE-STEM

Notre modèle d’étude est la rétine d’une espèce de grenouille, le xénope, qui permet des approches in vivo souvent ardues chez les mammifères et dont l’organisation et les étapes de développement sont très semblables à celles des autres vertébrés. Nous utilisons donc essentiellement des approches d’embryologie expérimentale couplées à des techniques de biologie cellulaire et moléculaire pour étudier l’impact de la surexpression ou de l’inhibition d’un gène donné sur le comportement des cellules souches rétiniennes. Une autre approche que nous avons choisie repose sur des techniques de transgenèse. Les modèles de xénopes transgéniques générés permettront de caractériser et suivre les évènements cellulaires mis en œuvre au cours de la réparation du tissu rétinien. Nous étudierons alors l’influence de voies de signalisation sur l’efficacité du processus régénératif.

Nous avons d’ores et déjà mis en évidence le rôle de plusieurs voies de signalisation et leurs interactions dans le contrôle de l’activité des cellules souches de la rétine du xénope dans un contexte physiologique. Ceci nous permet de mieux comprendre comment ces cellules fonctionnent et également de suggérer des pistes pour perturber leur rythme de division cellulaire.

D’autre part, nos données nous permettent de fournir une « signature génétique » des cellules souches rétiniennes grâce à l’identification de 18 gènes spécifiquement exprimés dans ces cellules. Ceux-ci constituent des outils précieux pour discriminer ces cellules in vivo.

Nous avons entrepris l’étude fonctionnelle d’un de ces gènes et montré qu’il confère aux cellules souches leurs propriétés prolifératives. Les liens mis en évidence entre ce facteur et les voies de signalisation étudiées en parallèle au laboratoire contribuent à l’avancée de nos connaissances du réseau de gènes contrôlant le potentiel des cellules souches de la rétine.

Enfin, nous avons généré des xénopes transgéniques présentant des dégénérescences rétiniennes. Nous envisageons à présent d’étudier l’impact du réseau de signalisation, cette fois-ci dans ce contexte pathologique, et ainsi d’en déduire son importance pour la régénération rétinienne.

La découverte de cellules souches neurales quiescentes dans la rétine humaine a ouvert la voie à la médecine régénérative pour combattre la cécité. Une meilleure compréhension des interactions géniques qui gouvernent la prolifération et le potentiel des cellules souches rétiniennes est un préalable nécessaire à l’exploitation thérapeutique de ces cellules. L’enjeu de nos travaux sur les cellules souches neurales de la rétine du xénope est donc de première importance. Nos données devraient aboutir à une connaissance accrue des mécanismes moléculaires complexes qui régulent l’activité de ces cellules. Notre programme de recherche est donc susceptible d’être à l’origine de retombées prometteuses en recherche clinique.

Lors de cette première partie du projet, nous avons publié 3 articles sur nos résultats dans des journaux internationaux à comité de lecture (Development, Stem Cells et Developmental Neurobiology). Nous avons également écrit deux chapitres de livres visant à synthétiser la littérature scientifique dans le domaine des cellules souches rétiniennes.

Les cellules souches neurales récemment mises en évidence chez les mammifères adultes offrent des perspectives de thérapie cellulaire dans les cas de dégénérescence du tissu nerveux. Comprendre le fonctionnement des cellules souches est également devenu capital en cancérologie compte tenu de la présence, au sein de certaines tumeurs, de populations de «cellules souches cancéreuses». Cependant, mener une recherche appliquée dans ces domaines nécessite au préalable une recherche fondamentale de pointe. Dans ce contexte scientifique, nous focalisons notre programme de recherche sur les cellules souches neurales de la rétine du xénope. Il s’agit d’un modèle privilégié pour l’étude moléculaire des cellules souches neurales car elles sont actives in vivo, y compris chez l’adulte, participent à la régénération du tissu rétinien et sont regroupées dans une niche parfaitement délimitée. En outre, le xénope permet des approches in vivo et à grande échelle, souvent ardues chez les mammifères.

En premier lieu, nous allons contribuer à la caractérisation cellulaire et moléculaire de ces cellules souches neurales adultes. Leur origine embryonnaire reste à élucider. Leurs paramètres de prolifération ne sont pas connues. Enfin, très peu de marqueurs spécifiques ont jusqu’à présent été décrits, ce qui constitue un frein majeur à l’étude de ces cellules. Nous avons donc entrepris de combler ces lacunes via (i) une étude du lignage de ces cellules souches chez des animaux transgéniques ; (ii) une estimation in vivo de la longueur du cycle cellulaire et de la durée de chacune des phases G1, S, G2/M ; (iii) l’identification de nouveaux marqueurs spécifiques de ces cellules grâce à un crible par hybridation in situ à grande échelle ; et (iv) une caractérisation globale du profil transcriptionnel de ces cellules par séquençage à haut débit.

Nous nous sommes par ailleurs spécialisés dans l’étude du réseau de facteurs intrinsèques et extrinsèques qui régulent la maintenance et la prolifération des cellules souches rétiniennes. Nos récents travaux, et ceux d’autres laboratoires, ont mis en lumière l’implication de certaines voies de signalisation, un progrès incontestable dans le domaine. Néanmoins, il reste à comprendre comment ces voies interagissent et se coordonnent pour contrôler la balance entre quiescence, prolifération et différenciation. Nos travaux actuels sur les interactions entre les voies Wnt et Hedgehog nous ont conduits à proposer un modèle original selon lequel ces voies établiraient des relations antagonistes permettant une régulation fine de la neurogenèse post-embryonnaire. Un des points clés du projet consiste désormais à découvrir les rouages moléculaires qui sous-tendent ces interactions. De plus, nous souhaitons élargir cet axe de recherche à l’étude des voies BMP et Notch, afin d’acquérir une vision plus globale du réseau de signalisation à l’œuvre dans les cellules souches neurales adultes.

Nous entreprendrons également l’étude fonctionnelle de nouveaux facteurs intrinsèques, identifiés lors des cribles cités précédemment, en cherchant à les positionner dans le réseau complexe de signalisation évoqué ci-dessus. La priorité sera donnée à des gènes codant des facteurs de transcription et des protéines liant l’ARN. Le niveau post-transcriptionnel de la régulation génique est en effet au centre de nos intérêts depuis de nombreuses années et constitue un des axes originaux de nos recherches.

Enfin, le dernier volet de notre projet vise à établir des modèles de pathologies neurodégénératives de la rétine chez le xénope. L’approche, basée sur un système inductible et réversible d’ablation cellulaire dans des animaux transgéniques, permettra d’analyser les mécanismes cellulaires et moléculaires mis en œuvre au cours de la réparation tissulaire. Ce modèle servira également à étudier l’influence de voies de signalisation sur l’efficacité du processus régénératif.