Étudier l'axolotl pour comprendre la régénération des membres

Dans les eaux calmes du Mexique, l’axolotl, une espèce de salamandre, fascine depuis longtemps les scientifiques par sa remarquable capacité à régénérer ses membres perdus. Cette surprenante faculté en a fait un centre d’intérêt pour les chercheuses et chercheurs qui tentent de percer les secrets de la régénération des membres. Pourtant, ce phénomène reste méconnu et suscite de nombreuses polémiques.

L’élément principal est une structure appelée «crête apicale ectodermique» (AER), qui joue un rôle essentiel dans le développement des membres chez les vertébrés. Dans l’embryon en cours de développement, l’AER se forme à partir d’un bourgeon de membre et devient le principal centre de signalisation qui organise et garantit la bonne croissance des membres du nouvel organisme. En l’absence d’AER, aucun membre ne peut se former.

Quel est le rapport avec l’axolotl? De nombreuses études visant à comprendre comment l’axolotl régénère ses membres n’ont pas permis de déterminer si cet animal utilise voire possède des cellules AER. L’importance de ce phénomène ne peut être sous-estimée, étant donné que ces cellules sont partagées par de nombreuses espèces et qu’elles sont considérées comme une condition nécessaire au bon développement des membres, y compris chez l’être humain.

Des scientifiques de l’EPFL et de l’Université technique de Dresde ont enfin découvert le mécanisme de régénération des membres de l’axolotl, offrant ainsi de nouvelles perspectives avec des implications considérables pour la médecine régénérative chez l’être humain. Publiée dans la revue Nature Communications, l’étude a été dirigée par l’équipe de Can Aztekin, boursier ELISIR et Branco Weiss de la Faculté des sciences de la vie de l’EPFL, en collaboration avec l’équipe de Tatiana Sandoval-Guzmán de l’Université technique de Dresde.

Transcriptomique unicellulaire: un atlas multi-espèces

Les chercheuses et chercheurs ont commencé par créer un «atlas» – un ensemble de données de haute qualité – du transcriptome de cellules individuelles provenant de plusieurs espèces, dont l’axolotl, l’être humain, la souris, la poule et la grenouille. Le transcriptome représente un ensemble complet de transcriptions d’ARN produites par le génome d’une cellule.

«En s’appuyant sur un atlas inédit et en comparant des milliers de cellules individuelles de cinq espèces, dont l’être humain et l’axolotl, notre démarche nous a donné l’occasion de déterminer le paysage cellulaire unique de l’axolotl pendant la régénération des membres ainsi que le degré de similitude de cet animal avec l’être humain, et ce de manière objective», déclare Can Aztekin.

Cet atlas était destiné à comparer en détail les profils d’expression des gènes des différentes espèces au cours du développement et de la régénération des membres, et de déterminer quels gènes sont impliqués et lesquels ne le sont pas.

Ce travail approfondi a permis de faire une grande découverte: les axolotls ont des cellules dont les caractéristiques sont très similaires à celles des cellules AER. «Malgré des rapports antérieurs contradictoires, nos travaux révèlent que ces créatures possèdent des cellules présentant des caractéristiques similaires à celles essentielles au développement des membres supérieurs et inférieurs chez d’autres espèces, dont l’être humain», affirme Jixing Zhong, principale autrice de l’article et doctorante au laboratoire de Can Aztekin.

De nouvelles voies pour la régénération des membres

Mais l’étude a connu un rebondissement qui remet en question d’anciennes hypothèses sur la régénération des membres. Les chercheuses et chercheurs ont utilisé une approche appelée «transcriptomique spatiale». Cette technique de pointe peut révéler quels gènes sont exprimés dans des parties spécifiques d’un tissu.

Cette approche a révélé que les membres de l’axolotl ne reformaient pas complètement les cellules AER au cours de la régénération. Can Aztekin explique: «Pendant la régénération des membres chez l’axolotl, les cellules AER ne se reforment pas complètement comme beaucoup l’avaient supposé, ce qui va même à l’encontre du dogme de nos manuels couramment utilisés. Cela révèle une approche unique de la régénération des membres chez l’axolotl.»

L’étude a montré que l’axolotl utilise des parties du programme fondamental AER de développement des membres, comme d’autres espèces, à la différence que ce programme est réparti entre différents types de cellules. Outre le fait qu’elle remet en question d’anciennes hypothèses sur la régénération des membres et la biologie du développement, cette découverte permet aujourd’hui d’explorer de multiples stratégies de régénération des membres chez les mammifères, y compris l’être humain.

«Alors que l’on pensait auparavant qu’il existait une méthode universelle de régénération des membres, nos résultats révèlent une réalité plus complexe», indique Jixing Zhong. Can Aztekin poursuit: «En étudiant les capacités de régénération des axolotls et des têtards de grenouilles, les espèces les plus proches de l’homme sur le plan évolutif, nous avons découvert que ces espèces utilisent différents types de cellules au cours du processus de régénération, ce qui suggère qu’il pourrait y avoir de multiples voies pour la régénération des membres.»