Dédifférenciation

Définition

La dédifférenciation signifie que les cellules perdent les caractéristiques de leurs tissus constitutifs. Une cellule dédifférenciée présente des caractères embryonnaires et recouvre une potentialité importante de développement.

La dédifférenciation cellulaire exprime la perte totale ou partielle des caractères d'une cellule qu'elle avait acquis au cours de son développement (croissance cellulaire et division cellulaire) ou différenciation.

Schéma de spéciation avec la dédifférenciation cellulaire :

La spéciation d'une espèce implique plusieurs possibilités de division cellulaire comme la dédifférenciation, la transdifférenciation et la différenciation. Une cellule peut se différencier en certaines lignées, en fonction de son potentiel, mais dans certaines conditions spécifiques, elle peut souffrir de dédifférenciation ou de transdifférenciation.

Explications

La dédifférenciation est l'un des principaux mécanismes de régénération chez les animaux et un autre est la différenciation de cellules déjà pluripotentes. Chez la plupart des vertébrés, le processus de régénération intervient avec la différenciation des tissus adultes en un tissu appelé blastème. La formation de blastèmes se retrouve également chez les invertébrés tels que les annélides et les arthropodes.

En biologie cellulaire, la différenciation est le processus d'embryogenèse par lequel une cellule adulte déjà différenciée régresse à un stade indifférencié et est capable de générer de nouveaux types de cellules.

✅ Le phénomène d'embryogenèse somatique est plus fréquent dans les tissus végétaux, mais il existe déjà des preuves de son apparition naturelle chez certains groupes d'animaux.

Bien que la régression sur les animaux soit possible, elle est limitée car les cellules animales ne peuvent généralement pas revenir naturellement aux stades très précoces du développement et ne peuvent donc pas générer tous les tissus. De plus, tous les tissus animaux ne peuvent pas être différenciés. Chez les plantes comme chez les animaux, la différenciation est régulée par les gènes du développement.

Chez les animaux, le processus de dédifférenciation peut également être induit artificiellement par des milieux de culture spécifiques, générant des cellules souches à pluripotence induite (cellules souches pluripotentes).

Chez les plantes

La littérature considère actuellement que les plantes subissent une différenciation. Cela est dû à la capacité de totipotence trouvée dans presque tous les tissus de plantes adultes. Seules les cellules végétales qui perdent leurs protoplastes (telles que les cellules conductrices du xylème) ou leurs noyaux (telles que les cellules conductrices du phloème) perdent leur capacité à se différencier.

La dédifférenciation chez les plantes a été déduite de la formation de cals, une masse cellulaire indifférenciée obtenue artificiellement dans des cultures de plantes. Le tissu calleux a une morphologie similaire au tissu méristématique et est capable de générer de nouveaux tissus. Cependant, il existe actuellement des preuves que le cal n'est pas en réalité indifférencié, mais présente des caractéristiques du méristème racine, telles qu'un transcriptome similaire.

Chez les animaux

Les types d'animaux peuvent connaître des dédifférenciations,mais chaque groupe est différent :

• Les cnidaires : Les hydres sont de petits animaux du phylum des Cnidaires, qui incluent des méduses, des anémones et des coraux. Ils sont capables de différencier les cellules musculaires striées et les cellules du système digestif. Les cellules sécrétrices d'enzymes présentes dans la région de gastroderme se différencient en cellules interstitielles et deviennent des cnidoblastes, des nerfs ou des spermatozoïdes. Les hydres peuvent également subir une transdifférenciation.
• Les vers plats : Bien qu'ils aient été initialement décrits dans la littérature comme capables de différenciation, on suppose actuellement que les planaires sont incapables de prendre conscience de ce fait. Le tissu blastème, qui est le tissu responsable de sa régénération, ne provient pas d'une différenciation, mais de cellules souches pluripotentes appelées néoblastes.
• Les annélides : Lors de la régénération de la région antérieure des vers oligochètes tels qu'Enchytraeus japonensis, le tissu blastémique apparaît à travers les néoblastes pour former le mésoderme, épiderme indifférencié de l'ectoderme et cellules intestinales de l'endoderme. Le mésoderme, l'ectoderme et l'endoderme sont les trois folioles fondamentales de la formation d'embryons triploblastiques, chacun provenant de tissus différents. On suppose que le système nerveux agit sur la différenciation, car il se forme un réseau nerveux sur le blastème. Il est suggéré que la régénération du tube digestif survienne également par une différenciation. Les cellules musculaires annélides sont également capables d'effectuer ce processus. Ces cellules perdent leurs structures intégratrices membranaires, se divisent en une partie anucléée, dégénérée ou phagocytée, et une autre partie nucléée, qui se différencie. Bien qu'il y ait une transformation majeure de la morphologie, l'expression moléculaire de la cellule ne change pas beaucoup, ce qui suggère que le programme de différenciation pourrait ne pas être modifié.
• Les insectes : La dédifférenciation a été rapportée chez les arthropodes. Chez les drosophiles, les spermatogonies au début de leur différenciation peuvent régresser au stade de cellules souches de la lignée germinale (GSC). Cela intervient si elles sont soumises au microenvironnement de leur état indifférencié, ce qui oblige les spermatogonies à se rendre au centre du testicule. Ce processus explique pourquoi, bien que les CSS aient une demi-vie de deux semaines, leur nombre ne diminue pas considérablement au cours de la majeure partie de la vie de la mouche. La régression existe également de manière similaire dans les ovaires. La différenciation chez la drosophile ne perd pas son efficacité au cours du vieillissement. L'exposition artificielle aux rayons X entraîne une augmentation du taux de différenciation, tandis qu'une faim prolongée inhibe ce processus. Certaines spermatogonies situées au centre du testicule expriment la molécule STAT, généralement présente dans les CGS, ce qui suggère que la régression est régulée par une signalisation appelée JAK-STAT.
• Les tuniciers : Il est maintenant supposé que lors de la régénération ou de l'apparition de nouveaux individus, les ascidies coloniales sont capables de différencier leur tissu épithélial et de créer ainsi de nouveaux organes. Les ascidies sont un groupe d'invertébrés qui se présentent chez l'adulte sous la forme d'une couche appelée tunique et siphons. Des expériences avec Polyandrocarpa misakiensis ont montré que le processus de différenciation est régulé par une série d'activateurs, notamment l'acide rétinoïque et sa protéase modulante. Cette voie de signalisation contraste avec une voie de différenciation régulée par une lectine TC14, qui permet à son tour de prolonger la durée de vie des cellules et de retarder leur vieillissement.
• Les poissons : Le phénomène de dédifférenciation existe également chez les poissons. Le coeur du modèle du poisson zèbre Danio rerio a la capacité de se régénérer. Lorsqu'une lésion organique survient, les cardiomyocytes expriment le gène cat-4, perdent leur structure sarcomérique et se différencient partiellement pour retrouver leurs divisions cellulaires. Le poisson zèbre est également capable de régénérer ses nageoires. Au cours de leur régénération, les ostéoblastes se différencient en cellules multipotentes, migrent vers l'extrémité distale faisant partie du blastème et se différencient en nouveaux ostéoblastes. Comme chez les amphibiens, le blastème consiste en un ensemble hétérogène de cellules générant des tissus spécifiques. La régénération du poisson zèbre est régulée par la signalisation des fibroblastes, nécessaire à la formation du blastème. Ceci suggère que les premières molécules de signalisation du FGF conduisent à la prolifération d'ostéoblastes non différenciés.
• Les amphibiens : Il existe des signes de différenciation lors de la régénération de plusieurs espèces de salamandres, telles que le genre Ambystoma (dont l'axolotl). Au cours de la régénération des membres perdus, il apparaît que les fibroblastes, les cellules du cartilage, les cellules des os et de la fibre (des fibres comme les fibres musculaires) adultes sont indifférenciés et forment le blastème. Cependant, ces cellules gardent la mémoire de leurs origines : les cellules musculaires, par exemple, ne diffèrent que par de nouvelles cellules musculaires. Les cellules de blastème provenant de fibroblastes ont la même fonction que le mésenchyme, en régulant la migration d'autres cellules pendant la régénération.
• Les mammifères : La survenue naturelle de la dédifférenciation chez les mammifères n'a pas encore été confirmée. Cependant, les observations suggèrent que pendant la régénération du foie, les hépatocytes peuvent différer en présence du facteur de croissance des hépatocytes (HGF) et du facteur de croissance de l'épiderme.

Dédifférenciation et pathologies

Des processus de dédifférenciation ont également été rapportés lors de la formation de tumeurs. Certaines tumeurs, telles que le cancer du côlon et le glioblastome (GBM), peuvent se différencier en cellules souches cancéreuses (CSC), cellules tumorales qui possèdent la propriété des cellules souches.

Compte tenu de ce phénomène, les cellules souches cancéreuses seraient analogues aux cellules pluripotentes induites (IPSc), de sorte qu'il existe plusieurs similitudes entre l'oncogenèse et la reprogrammation cellulaire. Les deux processus sont également très similaires dans la régulation des gènes : ils sont tous deux régulés par des facteurs de Yamanaka (Oct-3/4, Sox2, c-Myc et KLF4), Nanog entre autres.

Les cellules épithéliales de mammifères ont également la capacité de se reprogrammer en cellules indifférenciées grâce au programme de transition épithélio-mésenchymateux (EMT), qui est souvent activé au cours du processus de métastase. Une partie des facteurs de transcription activés au cours de la transition épithélium-mésenchymateux peut augmenter la tumeur maligne.

Reprogrammation cellulaire

La dédifférenciation des cellules de mammifère peut être réalisée artificiellement, générant des cellules souches à pluripotence induite (IPSc). Ce processus, découvert par Kazutoshi Takahashi et Shinya Yamanaka à partir de fibroblastes de souris, est réalisé à partir de cultures cellulaires dans un milieu contenant des facteurs de transcription.

Seuls quatre facteurs de transcription, les facteurs Yamanaka (Oct-3/4, Sox2, c-Myc et KLF4) sont suffisants pour que la reprogrammation ait lieu. Peu de cellules du milieu sont en réalité reprogrammées. c-Myc peut être remplacé par des molécules spécifiques de micro-ARN (miR-294 et miR-295), qui sont importantes lors de la reprogrammation de diverses lignées de cellules somatiques.

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• différencié

  

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