Des chercheurs du Centre de recherche sur les cellules iPS des Gladstone Institutes ont montré que les jonctions serrées [1] entre les cellules peuvent jouer un rôle essentiel dans la gastrulation [2] des embryons humains. L’équipe applique déjà ses résultats au développement de nouvelles techniques de transformation de cellules souches en ovocytes humains (cf. Des start-ups dans la course aux gamètes artificiels).
Reproduire la gastrulation
Les chercheurs ont trouvé des moyens de recréer « une version simplifiée » de la gastrulation dans une boîte de Pétri. En ajoutant une protéine appelée BMP4 [3] à des cellules souches pluripotentes induites, les chercheurs ont constaté qu’il fallait que les cellules soient cultivées dans un « espace moins confiné » pour que les jonctions serrées s’assemblent « de manière cohérente ». En effet, seules les cellules situées à la périphérie de l’amas recevaient suffisamment de BMP4 pour « activer les voies moléculaires qui les inciteraient à devenir différents types de cellules ».
« Les jonctions serrées entre cellules adjacentes semblent les rendre imperméables aux signaux de BMP4 », analyse Ivana Vasic, premier auteur de l’étude qui a été publiée dans la revue Developmental Cell [4].
Pour confirmer l’importance des jonctions serrées dans la gastrulation, les chercheurs ont utilisé la technologie d’édition du génome CRISPR pour supprimer la production de TJP1, « une protéine cruciale pour la formation des jonctions serrées dans les cellules iPS ». Lorsqu’ils ont appliqué du BMP4 à des cellules dépourvues de la protéine TJP1, toutes les cellules ont été activées, et pas seulement les cellules en périphérie.
« Nous avons montré que la suppression des jonctions serrées permettait à toutes les cellules de répondre à la BMP4 », explique le professeur Shinya Yamanaka, auteur principal de l’étude (cf. “La découverte du professeur Yamanaka rend caduque la recherche sur l’embryon humain”). « Et, plus fondamentalement, que la structure des cellules est très importante pour la façon dont elles reçoivent les signaux de différenciation ».
Vers la production d’ovocytes in vitro ?
« D’une manière générale, cette étude démontre comment les perturbations des propriétés innées des cellules iPS peuvent moduler leur sensibilité aux signaux extracellulaires et modifier la trajectoire de leur destin cellulaire », explique Todd McDevitt également auteur principal de l’étude. « Ce principe pourrait changer la donne et permettre de libérer le potentiel des cellules iPS pour produire des populations plus homogènes de cellules différenciées pour des applications thérapeutiques », estime-t-il.
En examinant de plus près la nature des cellules qui avaient été activées par le BMP4 après avoir perturbé la formation des jonctions serrées, les chercheurs ont constaté qu’ils avaient créé des « cellules germinales primordiales ». C’est-à-dire des « cellules souches produites en laboratoire qui ressemblent aux précurseurs humains des spermatozoïdes et des ovocytes », explique Ivana Vasic.
Ainsi, supprimer la protéine TJP1 « pourrait constituer la base d’une nouvelle méthode pour produire efficacement » ces cellules. La scientifique a fondé une nouvelle société, Vitra Labs, « afin d’appliquer cette méthode à une éventuelle nouvelle stratégie de traitement de l’infertilité féminine » (cf. Des souriceaux nés de deux « pères »).
« Nous essayons essentiellement de récapituler le processus biologique de production d’ovocytes, afin de pouvoir générer des ovocytes qui pourraient être utilisés pour la fécondation in vitro », explique-t-elle. « C’est en quelque sorte la cerise sur le gâteau de notre étude. »
[1] Les jonctions serrées forment une « ceinture autour de chaque cellule », immédiatement au-dessous de la surface cellulaire, permettant une « occlusion complète de l’espace intercellulaire », « empêchant tout passage de molécules du milieu extérieur vers le milieu intérieur » (Source : Sorbonne université)
[2] Etape du développement de l’embryon au cours de laquelle les cellules commencent à se différencier
[3] Une « molécule de signalisation clé dans la gastrulation, qui permet aux cellules de la boîte de commencer à former les trois feuillets des cellules de l’embryon ».
[4] Ivana Vasic et al, Loss of TJP1 disrupts gastrulation patterning and increases differentiation toward the germ cell lineage in human pluripotent stem cells, Developmental Cell (2023). DOI: 10.1016/j.devcel.2023.05.019
Source : Phys.org, Sarah Stanley, Gladstone Institutes (17/07/2023)
