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Un plan pour régénérer les membres
À sa manière, la salamandre axolotl est une bête puissante. Coupez sa jambe et la créature à branchies en poussera une nouvelle. Gelez une partie de son cœur, et l'organe se reformera. Découpez la moitié de son cerveau, et six mois plus tard, une autre moitié aura germé à sa place. Vous pouvez tout faire, sauf le tuer, et il se régénérera, explique Gerald Pao, chercheur postdoctoral au Salk Institute for Biological Studies, à La Jolla, en Californie.
Membres en croissance : La salamandre axolotl est l'un des seuls vertébrés à pouvoir repousser des membres entiers à l'âge adulte. Les scientifiques séquencent maintenant des parties de son génome inhabituellement grand afin de comprendre la base génétique de cette capacité.
Cet extraordinaire pouvoir de régénération a inspiré Pao et son collaborateur Wei Zhu, également à l'Institut Salk, pour sonder l'ADN de la salamandre axolotl. Malgré des décennies de recherche sur la salamandre, on sait peu de choses sur son génome. Cela a commencé à changer l'année dernière, lorsque Pao et ses collaborateurs ont remporté un milliard de bases de séquençage gratuit de Sciences appliquées de Roche , basée à Penzberg, en Allemagne. Maintenant que les données sont disponibles, les scientifiques peuvent enfin commencer à rechercher le programme génétique qui dote l'animal de ses capacités uniques.
Alors que tous les animaux peuvent régénérer les tissus dans une certaine mesure - nous pouvons développer des muscles, des os et des nerfs, par exemple - les salamandres et les tritons sont les seuls vertébrés qui peuvent développer des organes entiers et des membres de remplacement à l'âge adulte. Lorsqu'une jambe est perdue à cause d'une blessure, les cellules proches de la plaie commencent à se dédifférencier, perdant les caractéristiques spécialisées qui en faisaient une cellule musculaire ou une cellule osseuse. Ces cellules se répliquent ensuite et forment un bourgeon de membre, ou blastème, qui continue à faire croître un membre de la même manière qu'il se forme au cours du développement normal.
Les scientifiques ont identifié certains des signaux moléculaires qui jouent un rôle clé dans le processus, mais le schéma génétique qui sous-tend la régénération reste inconnu. Les chercheurs espèrent qu'en découvrant ces astuces moléculaires, ils pourront finalement les appliquer aux humains pour faire repousser les tissus cardiaques ou cérébraux endommagés, et peut-être même faire pousser de nouveaux membres.
Afin d'identifier rapidement les sections du génome de la salamandre impliquées dans la régénération, les scientifiques ont séquencé les gènes les plus fortement exprimés lors de la formation et de la croissance des bourgeons des membres. Ils ont découvert qu'au moins 10 000 gènes ont été transcrits pendant la régénération. Environ 9 000 d'entre eux semblent avoir des versions humaines apparentées, mais il semble y en avoir quelques milliers d'autres qui ne ressemblent pas à des gènes connus. Nous pensons que beaucoup d'entre eux sont des gènes qui ont évolué uniquement chez les salamandres pour aider à ce processus, dit Randal Voss , biologiste à l'Université du Kentucky, qui travaille sur le projet.
Les chercheurs prévoient maintenant de fabriquer une puce génétique conçue pour détecter les niveaux de certains de ces gènes candidats, afin que les scientifiques puissent déterminer exactement à quel moment du processus de régénération les gènes sont activés. L'équipe développe également des outils moléculaires qui leur permettent de faire taire des gènes spécifiques, ce qui leur permettra d'identifier ceux qui sont cruciaux pour une bonne repousse.
Les scientifiques ont également séquencé des morceaux aléatoires du génome de la salamandre. Avec environ 30 milliards de bases et 10 fois la taille du génome humain, c'est l'un des plus grands parmi les vertébrés. La plupart des scientifiques s'attendaient à ce que l'ADN supplémentaire soit constitué d'ADN indésirable, de longues étendues de bases entre les gènes. Mais les premiers résultats étaient surprenants. Les gènes sont en moyenne 5 à 10 fois plus gros que ceux des autres vertébrés, explique Voss. La région du génome contenant les gènes est estimée à plus de deux gigabases, soit la taille de certains génomes entiers.
Les séquences d'ADN supplémentaires se trouvent dans les gènes et sont coupées lors de la traduction du gène en protéine. Une grande partie de cet ADN comprend des séquences répétitives que l'on n'a trouvées dans aucun autre organisme à ce jour, explique Pao. Cependant, il n'est pas encore clair si ces étirements répétitifs aident à faciliter la régénération ou jouent un autre rôle dans le cycle de vie de la salamandre.
L'une des questions clés encore sans réponse est de savoir si la salamandre a des propriétés génétiques uniques qui permettent la régénération, ou si tous les animaux ont cette capacité innée. Si nous arrivons à un gène totalement unique présent uniquement dans l'axolotl, cela le rendrait vraiment difficile à reproduire, dit David Gardiner , biologiste à l'Université de Californie à Irvine, qui collabore également au projet. Il préfère penser que la régénération provient d'une capacité fondamentale dormante chez les mammifères, qui pourrait être réveillée par un simple encouragement génétique. La plupart des tissus de notre bras se régénèrent ; c'est juste le bras qui ne se régénère pas, dit-il. Ce qui manque, c'est la façon dont vous coordonnez une réponse pour obtenir une structure intégrée.