Des réponses systémiques sont déclenchées lorsqu’une blessure survient dans de nombreux organismes et peuvent favoriser la guérison et la régénération ; cela a été observé chez les souris, les salamandres, le poisson zèbre et les planaires. Chez les planaires, les chercheurs ont découvert que la voie de signalisation ERK, qui se propage le long des cellules musculaires de la paroi corporelle à un rythme plus rapide qu'on ne le pensait auparavant, est essentielle à la régénération, ce qui implique un processus décisionnel coordonné en matière de régénération du corps entier qui fournit également des informations sur le développement du cancer : comme une plaie non cicatrisée.
Dans certains organismes, des dommages causés à une partie du corps peuvent déclencher la guérison dans une autre partie. Des découvertes récentes suggèrent que cette réaction systémique n’est pas un effet secondaire : c’est une caractéristique principale.
Les souris blessées à une jambe avaient des cellules souches dans l'autre jambe qui se « réveillaient », comme si les cellules se préparaient à guérir la blessure. Quelque chose de similaire se produit avec les salamandres, qui maîtrisent la régénération des membres. Les lésions cardiaques chez le poisson zèbre déclenchent certains changements dans des organes distants tels que les reins et le cerveau.
"Dans de nombreux organismes différents, vous pouvez observer des réponses de l'ensemble du corps à une blessure. Mais il n'est pas clair si ces réponses ont réellement un effet", a déclaré Bo Wang, professeur adjoint de bio-ingénierie à l'Université de Stanford. "C'est donc sur cela que nous nous concentrons."
Dans un nouvel article publié dans la revue Cell, Wang et ses collègues ont découvert que cette coordination de l'ensemble du corps est un élément clé de la cicatrisation planaire des plaies et de la régénération ultérieure des tissus. Comprendre ce qui active et désactive la régénération, et comment elle est coordonnée, pourrait également éclairer la recherche sur le cancer, qui est souvent considéré comme une blessure qui ne guérit jamais.
Les planaires sont des vers plats d'un demi-pouce de long dotés d'un super pouvoir : ils peuvent se régénérer dans presque toutes les situations. Coupez un planaire en quatre morceaux et vous aurez quatre nouveaux vers plats en quelques jours. Comme chez la souris, le poisson zèbre et les salamandres, une blessure dans une partie du corps planaire semble déclencher une réponse dans des tissus plus éloignés.
Wang voulait comprendre comment ces réponses étaient coordonnées. Un mécanisme possible est la voie extracellulaire de la kinase liée au signal (ERK). Les cellules utilisent la voie ERK pour communiquer entre elles et envoyer des signaux sous forme d’ondes. Si un tissu est blessé, la cellule la plus proche « transmet » cette information aux cellules voisines, qui à leur tour en informent leurs voisines. Cette onde se propage dans tout l'organisme dans une sorte de jeu de téléphone.
Il n’y a plus qu’un seul problème : des recherches antérieures ont montré que les ondes ERK se déplacent trop lentement pour être utiles. "Si je propage un signal à 10 microns par heure, cela peut prendre plusieurs jours pour parcourir un millimètre", a déclaré Wang. À cette vitesse, les signaux sont transmis trop lentement d’une zone du ver à une autre pour faciliter la cicatrisation et la régénération des plaies.
Comprendre ce qui active et désactive la régénération pourrait conduire à des progrès dans les traitements et interventions médicaux, notamment en ce qui concerne les effets liés au cancer. Source de l'image : Wang Lab/École d'ingénierie de l'Université de Stanford
Cela ne pose peut-être pas de problème pour les humains. Notre système circulatoire peut permettre aux signaux de se propager rapidement dans tout notre corps. Mais les planaires n’ont pas de système circulatoire pour accélérer ce processus.
Wang et ses collègues ont donc commencé à suivre la propagation des ondes ERK d’un bout à l’autre de l’animal. Ils ont découvert que les signaux voyageaient plus de 100 fois plus vite qu’auparavant. Au lieu de se propager le long des cellules musculaires extra-longues de la paroi corporelle, les ondes ERK se propagent le long des cellules musculaires extra-longues de la paroi corporelle. Ces cellules agissent comme des « autoroutes », acheminant les signaux d’un bout à l’autre du corps. Pas des jours, mais des heures.
Les signaux étaient suffisamment rapides pour faciliter le traitement, mais ils ne savaient toujours pas si le corps tout entier était impliqué.
Pour le savoir, Fan Yuhang, un étudiant diplômé du laboratoire de Wang, a coupé la tête du planaire. En règle générale, la tête d'un planaire repoussera rapidement à partir du corps restant après la décapitation. Mais Fan a empêché le signal ERK de se propager vers la moitié arrière de l'organisme pour vérifier si les ondes ERK étaient responsables de la coordination des réponses de guérison à longue distance. Lorsque la signalisation ERK est bloquée, non seulement la tête guérit plus lentement : elle ne se régénère pas du tout.
Ensuite, Fan s'est demandé s'il était possible de « sauver » le processus de régénération et l'a testé en retirant la queue du planaire, ce qui alerterait les tissus de la queue des dommages. La queue a repoussé et, étonnamment, la tête a repoussé aussi.
"Ce qui est vraiment intéressant, c'est que nous pouvons ajuster le délai entre les amputations", a déclaré Wang. Si vous coupez la queue du planaire quelques heures après la blessure initiale, vous pouvez relancer le processus de guérison bloqué. Mais si vous attendez trop longtemps, aucun des deux ne se régénérera.
"Cela signifie qu'il existe un système dans l'organisme qui vote pour dire 'OK, maintenant nous devrions cultiver quelque chose', et tout le monde doit être d'accord", a déclaré Wang. Même les cellules les plus éloignées disposent du droit de vote.
De nombreux animaux, comme les planaires, les étoiles de mer et les salamandres, font preuve de capacités de guérison et de régénération qui dépassent de loin celles des humains. Comprendre pourquoi nous manquons de cette capacité pourrait conduire à des progrès dans les traitements et interventions médicaux, notamment en ce qui concerne les effets liés au cancer.
"Aucun d'entre nous ne souhaite que les tissus soient constamment lésés. Cela pourrait conduire au cancer", explique Wang. Ses recherches montrent que même chez ces vers, qui ont des capacités de régénération étonnantes, la régénération est la plupart du temps « désactivée » jusqu'à ce que le corps tout entier accepte qu'il est temps de « s'allumer ».
De plus, lorsque Wang et ses collègues ont suivi les ondes ERK se propageant à travers les planaires, ils ont remarqué que des centaines de gènes étaient activés et désactivés. Bien que les humains et les planaires soient très éloignés, nous partageons bon nombre des mêmes gènes.
"Cela nous donne un point d'entrée dans le suivi de ces gènes, ce qui nous permet de comprendre comment les animaux se régénèrent tout en contrôlant le risque de croissance incontrôlée du cancer."