Les poissons zèbres sont des créatures merveilleuses. Non seulement ils sont complètement transparents, mais ils peuvent également développer de nouveaux organes. Nous savions déjà que ces petits poissons translucides pouvaient régénérer le tissu rétinien de leurs yeux – maintenant, de nouvelles recherches montrent comment le poisson zèbre peut raviver le tissu cardiaque après une blessure.
“Nous voulions savoir comment ce petit poisson fait cela, et si nous pouvions en tirer des leçons”, explique Jan Philipp Junker, biologiste du développement et auteur de l’étude, de l’Institut de biologie des systèmes médicaux de Berlin en Allemagne.
Publiée dans Nature Genetics, la nouvelle étude menée par Junker avec Daniela Panáková, chercheuse en signalisation cellulaire au Max Delbrück Center for Molecular Medicine, relate la cascade d’événements conduisant à la régénération cardiaque 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 pendant les crises cardiaques, nos cardiomyocytes sont endommagés et des cicatrices permanentes (appelées fibrose) se forment à la place du muscle perdu, laissant le cœur plus faible qu’il ne l’était auparavant.
Le poisson zèbre, cependant, est capable de faire repousser jusqu’à 20% de son cœur d’un millimètre dans les deux mois suivant une blessure cardiaque.
Ce que cette nouvelle étude nous montre, c’est que les cellules du tissu conjonctif appelées fibroblastes sont les conducteurs de ce processus de régénération cardiaque chez le poisson zèbre, produisant des protéines qui agissent comme des signaux de réparation.
De manière passionnante, les nouvelles découvertes viennent s’ajouter à d’autres efforts prometteurs en médecine régénérative – qui cherchent à remplacer ou à réparer les cœurs endommagés par des thérapies cellulaires ou des médicaments qui imitent les molécules trouvées dans le poisson zèbre.
Plus tôt cette année, des chirurgiens ont implanté pour la première fois un cœur de cochon chez un patient humain (bien que, malheureusement, l’homme soit décédé deux mois plus tard).
En mai, les chercheurs ont également identifié les cellules humaines qui aident le cœur humain à se réparer 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 zappé les petits cœurs des animaux avec une aiguille ultra-froide pour imiter une crise cardiaque humaine (également appelée infarctus du myocarde) et ont observé ce qui s’est passé.
“Étonnamment, la réponse immédiate à la blessure est très similaire”, déclare Junker. “Mais alors que le processus chez l’homme s’arrête à ce stade, il se poursuit chez le poisson. Ils forment de nouveaux cardiomyocytes, capables de se contracter.”
À l’aide de techniques de séquençage unicellulaire, l’équipe a ensuite scanné environ 200 000 cellules cardiaques isolées de poisson zèbre avant et après une blessure, extrayant des informations génomiques de cellules individuelles pour voir lesquelles étaient actives dans un cœur endommagé.
Ils ont découvert trois types de fibroblastes entrés temporairement dans un état activé, 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, leur cœur n’a plus pu se régénérer.
“Ils se forment juste sur le site de la blessure, après tout”, déclare Junker à propos des fibroblastes exprimant le collagène.
Bien que les fibroblastes puissent jouer un rôle clé, des recherches antérieures sur le poisson zèbre 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 pour la régénération du cœur, ce que cette nouvelle étude soutient.
Après avoir conçu des cellules avec des «codes-barres» génétiques uniques, les chercheurs ont tracé les fibroblastes activés et ont montré qu’ils étaient fabriqués dans l’épicarde du poisson zèbre, et que là seulement 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 envoyant des signaux de régénération, sont à la pointe des technologies génomiques en évolution rapide.
Bien que le séquençage unicellulaire soit largement utilisé et fournisse des détails exceptionnels sur l’activité des cellules individuelles, des recherches supplémentaires pour valider les résultats de l’étude dans d’autres organismes modèles seront nécessaires. On ne sait pas si les mêmes mécanismes dirigés par les fibroblastes se retrouvent également chez les mammifères tels que les humains et les souris.
“La régénération cardiaque est un processus complexe qui est influencé par de nombreuses choses différentes”, explique l’auteur de l’étude et biologiste du développement Bastiaan Spanjaard, également de l’Institut de biologie des systèmes médicaux de Berlin.
“Les expériences ont produit d’énormes quantités de données. Filtrer les signaux biologiques corrects était extrêmement difficile.”
L’équipe souhaite également examiner de plus près les gènes activés dans les fibroblastes activés, codant pour des protéines qui, du moins chez le poisson zèbre, semblent stimuler la régénération des cellules du muscle cardiaque.
Pour l’instant, l’étude met en lumière les processus biologiques qui se produisent en réponse à une crise cardiaque, des informations qui pourraient, avec le temps, aider à éviter les événements cardiaques ultérieurs qui deviennent plus risqués après la première crise.
L’étude a été publiée dans Nature Genetics.
