« Immortalité biologique ?» exemple d'une méduse

Publié le 15 Novembre 2022

paru sur trustmyscience
article un peu technique mais qui explique certains processus biologiques qui deviennent de plus en plus utilisés comme les propriétés des fameuses cellules souches.

« Immortalité biologique » : comment Turritopsis dohrnii inverse-t-elle son vieillissement ?

Le vieillissement est un mécanisme biologique étudié par un grand nombre de scientifiques et représente un domaine de recherche très actif. La régénération cellulaire et l’inversion du vieillissement sont des objectifs poursuivis par les biologistes depuis de nombreuses années. Si ces propriétés échappent toujours à l’Homme, des organismes, comme la méduse Turritopsis dohrnii, les maîtrisent naturellement, au point d’atteindre l’immortalité biologique.

Cette méduse de la famille des hydrozoaires (organismes possédant une forme « polype » et une forme « méduse ») mesure environ 1 cm et vit essentiellement en mer des Caraïbes ainsi que dans les eaux Méditerranéennes, préférant les eaux plutôt chaudes. Elle se nourrit de plancton, d’œufs de poisson et de petits mollusques.

La méduse Turritopsis dohrnii fait partie de la famille des hydrozoaires. Elle est capable d’inverser son processus de vieillissement

Mais surtout, elle est dotée d’une propriété fascinante : comme la plupart des autres méduses, elle est capable de renouveler ses cellules, et aussi d’inverser le processus de vieillissement pour repasser d’un stade de vieillesse à un stade plus juvénile.
En effet, Turritopsis faisant partie de la famille des hydrozoaires, sa vie se décompose en deux stades :

La forme « polype » : c’est sa forme immobile. L’animal est attaché au fond de l’océan sous forme d’un polype (forme fixée des organismes hydrozoaires possédant un tube digestif entouré de tentacules)
La forme « méduse » : c’est le stade libre de l’organisme. L’animal se présente sous la forme d’une méduse. C’est à ce stade que peut avoir lieu la reproduction sexuée

La méduse Turritopsis est donc capable de retourner au stade de polype, et ce même après avoir atteint sa maturité sexuelle. Elle retrouve une forme plus juvénile et redonne alors une colonie de polypes, qui eux-mêmes pourront redonner une colonie de méduses.

Reproduction et cycle de vie de Turritopsis dohrnii

Turritopsis dohrnii peut se reproduire de deux manières différentes :

Elle se reproduit de manière asexuée par bourgeonnement médusaire. ➔ La forme polype donnera des méduses par bourgeonnement. Ces méduses vont pouvoir se reproduire par la production de gamètes.
Elle peut aussi se reproduire de manière sexuée. C’est sous la forme méduse qu’elle pourra produire des gamètes (ovules et spermatozoïdes) qui seront fécondés. Une fois ces gamètes fécondés, elles deviennent des petites larves appelées « larve planula ».

cycle vie hydrozoaires — Schéma récapitulant le cycle de vie ordinaire des hydrozoaires. Crédits : DORIS

Lorsque ces larves se retrouvent déposées dans un sol, elles s’y fixent et maturent de nouveau, mais cette fois sous leur forme « polype ». Une fois que le polype s’est développé, celui-ci pourra de nouveau donner une colonie de méduses par bourgeonnement.

Des chercheurs ont toutefois observé que le spécimen Turritopsis dohrnii vieillissait de manière inverse, sautant plusieurs étapes du cycle pour revenir à un stade plus précoce du développement (celui de polype) directement à partir de l’état de méduse.

Il peut ensuite croître de nouveau et donner toute une colonie de nouveaux individus méduse par bourgeonnement du polype. En effet, grâce au processus appelé transdifférenciation, la méduse pourra revenir, à partir de l’état « méduse », à celui de polype sans avoir à repasser à l’état larvaire (et sans fertilisation).

Des expériences menées dans les années 1996 ont montré que ce retour à un stade plus précoce prend généralement place lorsque des conditions défavorables sont rencontrées par la méduse, comme par exemple lorsqu’elle subit un stress ou encore lorsque celle-ci ne trouve plus de nourriture pour subvenir à ses besoins.

Les scientifiques pensent que cette transformation pourrait en fait pallier certaines contraintes de l’environnement en opérant un changement de fonction afin de rendre l’organisme plus apte à surmonter la situation.

Turritopsis ne connait alors pas de mort « naturelle », elle possède ce que l’on appelle une « immortalité biologique », c’est-à-dire qui ne concerne que son développement. C’est grâce à ce processus de transdifférenciation qu’elle est capable d’inverser le processus de vieillissement, à priori, indéfiniment. Celle-ci n’est effectivement pas immortelle au sens strict du terme, car elle n’est pas à l’abris de maladies, de la prédation ou d’un accident.

Le mécanisme de transdifférenciation : des cellules qui changent d’identité

La transdifférenciation est définie comme le fait que des cellules déjà différenciées (cellules spécialisées) puissent changer d’identité de façon totalement directe, sans avoir à repasser par le stade de « cellule souche indifférenciée » (cellule non spécialisée).

cellule differenciation transdifferenciation — Illustration montrant la différenciation de cellules à partir de cellules souches indifférenciées. Crédits : travauxpratiquesencadres.com

Le processus de dédifférenciation (différent du processus de transdifférenciation) avait déjà été observé auparavant chez d’autres familles de méduses. La dédifférenciation (déspécialisation) est caractérisée par le fait qu’une cellule déjà différenciée se transforme en une sorte de cellule souche non spécialisée avant de se respécialiser en un autre type de cellule, différent de celui d’origine.

Mais dans le cas de Turritopsis, la transdifférenciation se fait à partir d’une cellule différenciée (spécialisée pour le fonctionnement de la méduse) directement vers un autre type de cellule différenciée, qui sera plus utile au développement du polype. Dans ce processus, la cellule n’a pas à repasser par le stade de cellule indifférenciée (déspécialisée).

processus cellulaires cellules souches — Les différents processus cellulaires survenant à partir de cellules souches embryonnaires. Crédits : Stéphanie Guernon

Ce mécanisme consiste en une inversion de l’ontogenèse, c’est-à-dire de tout le développement d’un individu depuis l’œuf jusqu’à l’état adulte. Il peut être virtuellement répété de manière infinie. En effet, chaque cellule contient en son sein toute l’information nécessaire à la création d’un nouvel individu dans son intégralité. Lors de la différenciation vers un type de cellule particulier, seule une partie de toute cette information est utilisée.

L’origine génétique de la transdifférenciation

Au cours du développement embryonnaire et post-embryonnaire, toutes les cellules héritent des mêmes gènes que ceux de la cellule œuf et se spécialisent au fur et à mesure que des facteurs moléculaires viennent moduler leur expression.

Le processus de transdifférenciation requiert une combinaison de gènes sélecteurs (gènes permettant aux cellules de bien se positionner et d’avoir une forme précise) et de gènes homéotiques (gènes plaçant les organes au bon endroit au cours du développement).

transdifferenciation facteurs regulateurs transcription — La transdifférenciation est un mécanisme faisant intervenir des facteurs régulateurs de la transcription. Crédits : Dorothée Raymond

Transdifférenciation : une voie prometteuse pour la médecine régénérative

Turritopsis dohrnii est le seul cas de métazoaire (organisme animal formé de plusieurs cellules), avec la méduse Turritopsis nutricula, possédant la capacité de se transformer à rebours en une forme plus précoce, même après avoir atteint sa maturité sexuelle, et fait dès lors l’objet de nombreuses études par les biologistes et les généticiens.

En effet, les enjeux sont grands. La connaissance approfondie des mécanismes mis en jeu dans le processus de transdifférenciation pourrait permettre de trouver de nouveaux moyens de réparer ou régénérer des tissus endommagés.

Exploiter le processus de transdifférenciation permettant à une cellule déjà différenciée de changer directement d’identité pourrait offrir de grandes possibilités en matière de médecine régénérative. En prenant n’importe quelle cellule de notre corps, il serait par exemple possible de la transformer pour créer n’importe quel autre type de cellule. Il serait donc possible de remplacer ou de réparer un tissu ou un organe défectueux.

Jusqu’à aujourd’hui, la greffe représente l’alternative la plus utilisée face à ce genre de situation, et la transplantation comporte des inconvénients majeurs liés aux risques de rejet ou encore face au trop faible nombre de donneurs. Ainsi, exploiter les propriétés de la transdifférenciation pourrait constituer une voie alternative pour la production de cellules de remplacement utilisables pour la médecine régénérative.

Cette piste représente une vraie promesse pour l’avenir car la compréhension des mécanismes mis en jeu dans ce processus d’inversion de l’ontogenèse pourrait permettre de répondre à des questions fondamentales en matière de plasticité cellulaire.