Des scientifiques créent des cerveaux hybrides souris-rat avec des neurones des deux espèces
Des chercheurs américains ont utilisé une technique spéciale pour éliminer les neurones de souris en développement, qu’ils ont remplacés par des cellules souches de rat. Ces cellules se sont transformées en neurones de rat dans le cerveau de la souris, qui est AINSI devenu un cerveau hybride. Chose remarquable, les rongeurs modifiés sont en bonne santé et se comportent normalement, ce qui est très prometteur pour les thérapies régénératives neuronales.
Image d’entête : hippocampe de souris avec des cellules de rat (rouge) et des noyaux de cellules de souris et de rat (bleu). (M. Khadeesh Imtiaz, Columbia University Irving Medical Center)
Les recherches ont été menées par deux équipes indépendantes, qui ont publié leurs résultats cette semaine (liens plus bas). Ces études permettent non seulement de mieux comprendre le développement des tissus cérébraux, mais elles offrent également de nouvelles possibilités de traitement des troubles liés au cerveau.
À l’université de Columbia, aux Etats-Unis, l’équipe dirigée par Kristin Baldwin a utilisé des cellules souches de rat pour restaurer les circuits neuronaux olfactifs chez la souris. Ces réseaux cérébraux contrôlent l’odorat.
Selon Kristin Baldwin, professeur de génétique et de développement au Vagelos College of Physicians and Surgeons de l’université Columbia :
Cette recherche commence à nous montrer comment nous pouvons accroître la flexibilité d’un cerveau afin qu’il puisse s’adapter à d’autres types d’intrants, qu’il s’agisse d’interfaces homme-machine ou de cellules souches transplantées.
Une équipe de l’École médicale du Sud-Ouest de l’université du Texas a quant à elle adopté une approche différente. Elle a mis au point une plateforme CRISPR pour identifier les gènes essentiels au développement des tissus, en se concentrant en particulier sur le gène HESX1, qui joue un rôle essentiel dans le développement du cerveau antérieur de la souris. En réduisant ce gène au silence et en utilisant des cellules souches de rat, ils ont généré des tissus du cerveau antérieur, donnant ainsi un aperçu unique du développement du cerveau chez différentes espèces.
Selon Jun Wu, professeur associé à l’université du Texas :
Pouvoir générer des tissus cérébraux d’une espèce à l’intérieur d’une autre peut nous aider à comprendre le développement et l’évolution du cerveau chez différentes espèces. Il n’existe pas de bons tests comportementaux permettant de distinguer les rats des souris. Mais d’après notre expérience, il semble que ces souris dotées d’un cerveau antérieur de rat ne se comportent pas de manière anormale.
Les deux équipes ont utilisé une méthode connue sous le nom de “blastocyst complementation”. Un blastocyste est un embryon qui se développe très tôt et qui est constitué d’un petit groupe de cellules en division provenant d’un ovule fécondé. La technique de complémentation du blastocyste consiste à injecter des cellules souches d’une espèce dans le blastocyste peu développé d’une autre espèce. Cette technique a déjà été utilisée pour créer un pancréas chez la souris à partir de cellules souches de rat.
Le laboratoire de Wu a spécifiquement démontré que la désactivation du gène HESX1 conduisait à des souris dépourvues de cerveau antérieur. Ils ont ensuite montré que ce cerveau pouvait être reconstitué en introduisant des cellules souches de rat dans l’embryon en développement. Étonnamment, ces cerveaux antérieurs dérivés de cellules de rat se sont développés à un rythme et à une taille similaires à ceux des souris, ce qui démontre l’adaptabilité des neurones de rat dans un environnement de souris.
Résumé graphique de l’étude menée par l’École médicale du Sud-Ouest de l’université du Texas. (J. Huang et col./ Cell)
A partir de l’étude : schéma de la formation de chimères rat-souris. Des cellules souches pluripotentes de rat (PSC) marquées par KsO (rouge) ont été injectées dans des blastocystes de souris E3,5. Les fœtus E18,5 qui en ont été dérivés présentaient une contribution variable à la KsO
Dans l’étude de Columbia, le groupe de Baldwin a injecté des cellules souches de rat dans les embryons de souris et a utilisé des gènes particuliers pour tuer ou réduire au silence les neurones sensoriels olfactifs de la souris, responsables de l’odorat. Le modèle de mise sous silence reproduit la mauvaise communication entre le cerveau et les neurones observée dans les troubles du développement neurologique. Pour simuler les maladies dégénératives, le modèle de suppression élimine les neurones.
En fonction du modèle, l’équipe de Columbia a découvert que la complémentation du blastocyste restaurait des circuits neuronaux olfactifs distincts chez la souris. Contrairement au modèle de suppression, les neurones de rat formaient des régions cérébrales plus ordonnées lorsque les neurones de souris étaient présents mais silencieux. Les neurones de rat, en revanche, ont été les plus efficaces pour restaurer les comportements dans le modèle de suppression, lorsque les chercheurs ont entraîné les chimères rat-souris à trouver un biscuit caché dans une cage.
Résumé graphique de l’étude menée par l’université de Columbia. (B. Throesch et col./ Cell)
Chimère rat-souris avec représentation de la contribution des neurones de rat au système olfactif. Les bulbes olfactifs sont représentés en vert et le cervelet en bleu. (B. Throesch et col./ Cell)
Selon Baldwin :
On pouvait voir des cellules de rat dans presque tout le cerveau de la souris, ce qui nous a surpris. Cela nous indique qu’il y a peu d’obstacles à l’insertion, ce qui suggère que de nombreux types de neurones de souris peuvent être remplacés par un neurone de rat similaire.
Les implications de ces études pourraient être remarquables. Par exemple, elles offrent des stratégies potentielles pour restaurer les fonctions cérébrales perdues à cause de maladies telles que la maladie de Parkinson ou la maladie d’Alzheimer.
Toujours selon Baldwin :
Actuellement, des essais cliniques permettent de transplanter des neurones dérivés de cellules souches pour traiter la maladie de Parkinson et l’épilepsie. Dans quelle mesure cela fonctionnera-t-il ? Et les différences génétiques entre le patient et les cellules transplantées constitueront-elles un obstacle ? Cette étude fournit un système dans lequel nous pouvons évaluer les possibilités de complémentation cérébrale de la même espèce à une échelle beaucoup plus grande qu’un essai clinique.
En outre, en permettant la croissance de tissus cérébraux d’une espèce à l’intérieur d’une autre, ces techniques peuvent aider les scientifiques à explorer plus largement le développement et l’évolution du cerveau. Wu a souligné la possibilité d’étudier des milliers d’espèces de rongeurs vivants, dont beaucoup se comportent différemment des espèces communes de laboratoire, ce qui permettrait d’élargir les connaissances sur la “neurodiversité” et la biologie de l’évolution.
Les scientifiques ont également expérimenté la culture d’organes humains dans d’autres espèces, comme le porc, en utilisant la complémentation des blastocystes. L’année dernière, des scientifiques ont généré des reins embryonnaires en utilisant des cellules souches humaines chez le porc, offrant ainsi une solution potentielle pour les nombreuses personnes inscrites sur les listes d’attente pour une transplantation.
Les deux études publiées dans la revue Cell, de l’Université Columbia : Functional sensory circuits built from neurons of two species et de l’École médicale du Sud-Ouest de l’université du Texas : Generation of rat forebrain tissues in mice et présentée sur le site de l’Université Columbia : With Hybrid Brains, These Mice Smell Like a Rat.
