Les cellules souches adultes résident dans des niches qui maintiennent, les réguler et les protéger.

Les cellules souches adultes résident dans des niches qui maintiennent, les réguler et les protéger. Un nouvel éclairage a maintenant été apporté sur la façon dont le besoin de protection a entraîné des changements dans l'emplacement de ces niches au cours de l'évolution..

Les cellules souches spécifiques à un tissu ont pour rôle crucial de maintenir et de reconstituer toutes les cellules spécialisées qui composent un tissu ou un système donné., il est donc essentiel que leurs fonctions soient préservées tout au long de la vie d’un organisme. Ces cellules souches adultes résident donc dans des microenvironnements dédiés appelés niches de cellules souches., qui aident à réguler et à protéger les cellules souches. À la page 445, Kapp et al.1 étudient les facteurs qui affectent l'emplacement des niches pour les cellules souches et progénitrices hématopoïétiques (HSPC), qui donnent naissance à toutes les lignées de cellules sanguines. Their findings provide insights into the evolutionary drivers of niche location.

Stem-cell niches have several commonalities, regardless of the type of tissue stem cell they sustain. They provide structural support, enable access to molecular signals from either local or remote sources, produce proteins that help tether stem cells to the location and help to regulate stem-cell metabolism . Cues from the niche also restrict unnecessary stem-cell divisions, presumably both to prevent stem-cell exhaustion (in which stem cells lose the ability to regenerate cell lineages) and to minimize the number of genetic mutations that arise during DNA replication, maintaining the fidelity of the genome.

Most information that researchers have about the HSPC niche has been gained from mouse studies. These analyses have revealed that, pendant le développement, il existe plusieurs sites différents sur lesquels des lignées sanguines sont générées3: chez la souris, Les HSPC et leurs niches évoluent, en fonction du stade de développement. De plus, études sur les populations adultes HSPC chez les mouches4,5, et chez le poisson zèbre6,7 et d'autres vertébrés3, ont révélé différents emplacements de niches chez différentes espèces – la moelle osseuse chez les oiseaux et les mammifères, le rein chez le poisson, et le foie des grenouilles8, Par exemple.

Une théorie publiée presque 40 il y a quelques années, les niches HSPC chez les animaux terrestres ont évolué sur des sites qui minimisent les dommages causés par les rayonnements ionisants9, avec l'hypothèse que l'eau aurait fourni aux organismes aquatiques une protection contre les rayons ultraviolets nocifs. Kapp et coll.. a entrepris d'examiner si la nécessité de minimiser les dommages pourrait influencer l'emplacement de la niche HSPC dans l'organisme modèle du poisson zèbre., which tends to inhabit clear bodies of water that offer little UV protection. During embryonic stages, zebrafish are largely transparent, making them well suited to live imaging using fluorescently labelled cells. Cependant, the authors found that visualization of the HSPC population was consistently obscured by pigmented cells called melanocytes.

The researchers used genetic engineering to generate zebrafish lacking melanocytes, and found that HSPCs developed normally, indicating that the pigmented cells are not essential for HSPC maintenance. Cependant, this finding raised the question of what (le cas échéant) role the melanocyte population has in relation to HSPCs. Kapp and colleagues performed a series of clever experiments to investigate. They genetically engineered fish to lack melanocyte pigmentation, et a montré que le rayonnement UV provoquait des niveaux plus élevés de dommages à l'ADN chez ces poissons que chez les témoins., ainsi qu'une augmentation des décès HSPC. Suivant, ils ont anesthésié des poissons pigmentés, les faisant se retourner sur le dos. Cela a supprimé la protection fournie par l'emplacement physique des mélanocytes - encore une fois, les HSPC ont été rapidement endommagés par les UV. Ainsi, les mélanocytes protègent les HSPC en générant un bouclier physique opaque contre l'irradiation UV (figue. 1).

Cellules souches et progénitrices hématopoïétiques (HSPC), qui donnent naissance à des lignées de cellules sanguines, résider dans des microenvironnements spécialisés appelés niches qui aident à les protéger des dommages à l’ADN. un, Kapp et al.1 ont décrit une population de cellules pigmentées appelées mélanocytes proches de la niche HSPC chez le poisson zèbre.. Les cellules agissent comme un parapluie opaque, protéger les HSPC de l’irradiation ultraviolette. b, The authors anaesthetized the fish, causing them to flip on to their backs. The melanocytes no longer protected the HSPCs from UV damage, demonstrating that the pigmented cells provide a physical shield, rather than acting through signalling mechanisms.

Kapp et coll.. next showed that this melanocyte ‘umbrella’ is present in other species of fish, as well as in frogs, in which melanocytes shield the HSPC niche in tadpoles before the cells migrate to the bone marrow during development. Fish without melanocytes in this location might have had a selective disadvantage during evolution, because their HSPCs would not have been protected by the umbrella and would have been exposed to UV damage. This would have led to decreased numbers of HSPCs, and daily exposure to UV would probably have been lethal.

Ces résultats soulèvent la question de savoir si les organismes aquatiques ont évolué de telle sorte que d'autres, les cellules vulnérables sont également physiquement protégées – soit par des mélanocytes, soit par d'autres cellules soigneusement positionnées – pour éviter les dommages induits par les UV.. Il sera intéressant de déterminer combien d’autres cellules souches spécifiques de tissus se sont appropriées ce type de protection physique chez les poissons..

Il reste à voir si les HSPC abritent des emplacements protégés par les mélanocytes., ou si les mélanocytes peuvent être recrutés ou stimulés pour proliférer par des signaux provenant de niches de cellules souches sanguines. Une autre question est de savoir pourquoi les HSPC recherchent une niche différente chez les vertébrés terrestres.. Les HSPC quittent régulièrement leur niche et circulent dans le sang, alors que d'autres cellules souches adultes, bien que capable de bouger, ont tendance à être plus statique. En effet, Kapp et coll.. a mis en évidence cette mobilité chez les grenouilles Rana adultes, dans lequel l'emplacement des HSPC change en fonction de la saison - peut-être en raison de l'évolution de l'exposition aux UV. Cette mobilité pourrait donner aux HSPC une capacité accrue à rechercher des sites alternatifs susceptibles de mieux les protéger des dommages.. L'os encapsulerait complètement les cellules souches, fournir un bouclier sous tous les angles. Une niche dans la moelle osseuse pourrait également présenter d’autres avantages., comme des niveaux d'oxygène plus faibles, qui pourrait fournir une protection contre d’autres formes de dommages à l’ADN.

Les poissons ont développé la capacité d'atténuer les dommages à l'ADN induits par les UV grâce à une réparation de l'ADN dépendante de la lumière . Le fait que, malgré cette capacité, Les HSPC semblent subir une pression évolutive pour rechercher une protection supplémentaire, ce qui souligne l'importance de maintenir la fidélité des cellules souches tissulaires. Physical protection might be of particular value in the haematopoietic system, because blood cells have a high turnover rate. If HSPCs are unable to re-establish blood-cell populations, the organism would be likely to die from anaemia or infection.

Enfin, it might be predicted that other tissue-specific stem cells that have less migratory potential than HSPCs would be more prone to damage, because they would be less able to move to protective niches. By gaining insight into the evolutionary steps taken to protect haematopoietic stem cells, we might be able to develop strategies to protect these cell types, refining their current niches to better maintain stem-cell potential in longer-lived organisms, y compris les humains.