Le poisson zèbre est une créature merveilleuse. Non seulement ils sont complètement transparents, mais ils peuvent aussi faire pousser de nouveaux organes. Nous savions déjà que ces petits poissons translucides pouvaient régénérer le tissu rétinien de leurs yeux – maintenant, une nouvelle recherche montre comment le poisson zèbre peut faire revivre le tissu cardiaque après une blessure.
“Nous voulions découvrir comment ce petit poisson fait cela, et si nous pouvions en tirer des enseignements”, explique le biologiste du développement et auteur de l’étude, Jan Philipp Junker, de l’Institut de biologie des systèmes médicaux de Berlin, en Allemagne.
Publiée dans Nature Genetics, la nouvelle étude dirigée par Junker et Daniela Panáková, chercheuse en signalisation cellulaire au Centre Max Delbrück de médecine moléculaire, décrit la cascade d’événements qui conduisent à la régénération du cœur chez le poisson zèbre.
Chez l’homme, les cellules du muscle cardiaque appelées cardiomyocytes ne peuvent pas se régénérer comme le font les cellules cardiaques du poisson zèbre. Privés d’oxygène lors d’une crise cardiaque, nos cardiomyocytes sont endommagés et une cicatrice permanente (appelée fibrose) se forme à la place du muscle perdu, laissant le cœur plus faible qu’il ne l’était auparavant.
Le poisson zèbre, lui, est capable de faire repousser jusqu’à 20 % de son cœur d’un millimètre dans les deux mois suivant une blessure cardiaque.
Cette nouvelle étude montre que les cellules du tissu conjonctif appelées fibroblastes sont les conducteurs de ce processus de régénération cardiaque chez le poisson zèbre, en produisant des protéines qui agissent comme des signaux de réparation.
Il est intéressant de noter que ces nouvelles découvertes suivent de près d’autres efforts prometteurs dans le domaine de la médecine régénérative, qui visent à remplacer ou à réparer les cœurs endommagés à l’aide de thérapies cellulaires ou de médicaments qui imitent les molécules présentes chez le poisson-zèbre.
Au début de cette année, des chirurgiens ont implanté pour la première fois un cœur de porc chez un patient humain (malheureusement, l’homme est décédé deux mois plus tard).
En mai, les chercheurs ont également identifié les cellules humaines qui aident le cœur humain à se reconstituer après une crise cardiaque
Et en juin, les scientifiques ont réussi à “guérir” une crise cardiaque chez la souris grâce à une technique d’ARNm qui fournit des instructions génétiques aux cellules du muscle cardiaque pour qu’elles se réparent.
Dans cette nouvelle étude, les chercheurs ont piqué le petit cœur des animaux avec une aiguille ultra-froide pour imiter une crise cardiaque humaine (également appelée infarctus du myocarde) et ont observé ce qui se passait.
“De manière surprenante, la réponse immédiate à la blessure est très similaire”, explique M. Junker. “Mais alors que le processus s’arrête à ce stade chez l’homme, il se poursuit chez le poisson. Ils forment de nouveaux cardiomyocytes, qui sont capables de se contracter.”
En utilisant des techniques de séquençage unicellulaire, l’équipe a ensuite scanné environ 200 000 cellules cardiaques isolées de poissons zèbres avant et après la blessure, en extrayant les informations génomiques des cellules individuelles pour voir lesquelles étaient actives dans un cœur endommagé.
Ils ont découvert que trois types de fibroblastes entraient temporairement dans un état d’activation, activant des gènes qui codent pour des protéines de construction musculaire telles que le collagène XII, qui favorise la croissance du tissu conjonctif.
Et lorsque les chercheurs ont “réduit au silence” ces gènes chez le poisson-zèbre, son cœur ne pouvait plus se régénérer.
“Après tout, ils se forment juste à l’endroit de la blessure”, explique Junker à propos des fibroblastes exprimant le collagène.
Bien que les fibroblastes puissent jouer un rôle clé, des recherches antérieures menées sur des poissons zèbres ont montré que les cellules inflammatoires appelées macrophages réagissent rapidement aux crises cardiaques et sont nécessaires à la régénération du cœur.
L’épicarde, la couche externe du cœur, a également été identifié comme une plaque tournante de la régénération cardiaque, ce que confirme cette nouvelle étude.
Après avoir doté les cellules d’un “code-barres” génétique unique, les chercheurs ont localisé les fibroblastes activés et ont montré qu’ils étaient fabriqués dans l’épicarde du poisson zèbre, et que c’est seulement là que les cellules produisaient du collagène XII.
Les techniques de séquençage unicellulaire, comme celles que les chercheurs ont utilisées dans cette étude pour localiser les cellules cardiaques émettant des signaux régénérateurs, sont à l’avant-garde des technologies génomiques qui progressent rapidement.
Bien que le séquençage unicellulaire soit largement utilisé et qu’il fournisse des détails exceptionnels sur l’activité des cellules individuelles, des recherches supplémentaires seront nécessaires pour valider les résultats de l’étude dans d’autres organismes modèles. On ne sait pas encore si les mêmes mécanismes dirigés par les fibroblastes se retrouvent chez les mammifères tels que l’homme et la souris.
“La régénération du cœur est un processus complexe qui est influencé par de nombreux éléments différents”, explique Bastiaan Spanjaard, auteur de l’étude et biologiste du développement, également de l’Institut de biologie des systèmes médicaux de Berlin.
“Les expériences ont produit d’énormes quantités de données. Il a été extrêmement difficile de filtrer les signaux biologiques corrects.”
L’équipe souhaite également examiner de plus près les gènes qui sont activés dans les fibroblastes, codant pour des protéines qui – du moins chez le poisson zèbre – semblent stimuler la repousse des cellules du muscle cardiaque.
Pour l’instant, l’étude apporte un éclairage supplémentaire sur les processus biologiques qui se produisent en réponse à une crise cardiaque, des connaissances qui pourraient, à terme, aider à éviter les accidents cardiaques ultérieurs qui deviennent plus risqués après la première crise.
L’étude a été publiée dans Nature Genetics.