Les cellules souches, qui sont à la base du programme de régénération de notre organisme, entretiennent la diversité des types cellulaires en régulant le degré de symétrie de leurs divisions. Une division symétrique donnera en effet naissance à deux cellules souches identiques, tandis qu’une division asymétrique produira deux cellules différentes. Les chercheurs ont montré que la géométrie de l’environnement dans lequel les cellules souches sont confinées joue un rôle déterminant dans cette régulation entre divisions symétrique et asymétrique. Ils sont parvenus à manipuler la géométrie du microenvironnement de cellules souches. Pour cela, ils ont utilisé des surfaces microstructurées, obtenues grâce à des techniques de photolithographie issues de la micro-électronique et commercialisées par la société Cytoo, une start-up issue des travaux de recherche de l’Institut Curie et du CEA.
Les chercheurs du CEA-IRTSV, en collaboration avec le CNRS, l’Université Grenoble Alpes, l’hôpital Saint-Louis et l’Inserm, ont mis en évidence que, lorsqu’une cellule souche se divise dans un environnement symétrique, les brins d’origine et les brins copies de l’ADN de ses chromosomes se répartissent de façon aléatoire entre ses deux cellules filles. En revanche, lorsqu’une cellule souche est confinée dans un environnement asymétrique, les brins d’origine ont tendance à s’accumuler dans l’une des cellules filles et les brins copies dans l’autre. Or les brins d’origine contiennent des modifications épigénétiques qui, en régulant l’expression des gènes, déterminent les fonctions d’une cellule. Dans un environnement asymétrique, les cellules filles héritant uniquement des brins copies ne recevront donc pas ces informations. Elles seront comme « remises à zéro », tandis que les autres cellules filles conserveront le profil de la cellule mère.
Cellules souches mésenchymateuses à différentes étapes de leur division sur des microstructures asymétriques. Les microtubules sont marqués en vert, les filaments d'actine en rouge et l'ADN en bleu. (© Institut Pasteur)
Ces résultats montrent que les modes de divisions des cellules souches varient selon les contraintes physiques auxquelles elles sont soumises. Des changements dans l’organisation spatiale de leur microenvironnement, une blessure, un appauvrissement ou une accumulation anormale de cellules à proximité, peuvent les stimuler et influencer la façon dont elles assurent le renouvellement du tissu qui les accueille.