Quel est le point commun entre Wolverine, Deadpool et une méduse ? Tous possèdent une caractéristique étonnante : la régénération. Certes, dans les comics et au cinéma, cette capacité, partagée par un nombre très limité d'organismes vivants, est légèrement (parfois fortement) exagérée, mais elle reste tout à fait réelle. Et ce qui est réel peut être expliqué, c'est précisément ce que des chercheurs de l'université de Tohoku (Japon) ont décidé de faire dans leur nouvelle étude. Quels processus cellulaires dans le corps de la méduse sont liés à la régénération, comment ce processus se déroule-t-il, et quelles autres super capacités possèdent ces créatures gélatineuses ? C'est ce que nous révélera le rapport du groupe de recherche. Allons-y.
Fondement de l'étude
Tout d'abord, les chercheurs expliquent pourquoi ils ont décidé de concentrer leur attention sur les méduses. En effet, la plupart des études en biologie impliquent ce que l'on appelle des organismes modèles : souris, mouches des fruits, vers, poissons, etc. Mais notre planète abrite des millions d'espèces, chacune possédant des capacités uniques. Il est donc impossible d'évaluer pleinement le processus de régénération cellulaire en n'étudiant qu'une seule espèce, et de supposer que le mécanisme étudié sera commun à tous les êtres de la Terre.
En ce qui concerne les méduses, ces créatures montrent par leur seule apparence leur unicité, ce qui ne peut que capter l'attention des chercheurs. Ainsi, avant d'entrer dans le vif du sujet de l'étude, je me suis familiarisé avec son personnage principal.
Le mot « méduse », que nous avons l'habitude d'utiliser pour désigner cette créature, ne désigne en réalité qu'une étape du cycle de vie des animaux du sous-type Medusozoa. Les animaux urticants ont reçu ce nom atypique en raison de la présence dans leur organisme de cellules urticantes (cnidocytes), qui sont utilisées pour la chasse et l'autodéfense. En d'autres termes, lorsque vous êtes piqué par une méduse, vous pouvez remercier ces cellules pour la douleur et la souffrance.
Les cnidocytes contiennent des cnidocystes, des organites intracellulaires responsables de l'effet de « piqûre ». Selon leur apparence et, par conséquent, leurs méthodes d'application, plusieurs types de cnidocytes sont distingués, parmi lesquels on peut identifier :
- Les pénétrants sont des filaments à bouts pointus qui s'enfoncent dans le corps de la proie ou de l'agresseur, comme des lances, injectant un neurotoxine.
- Les glutinants sont de longs filaments collants qui enveloppent la proie (des étreintes pas vraiment agréables).
- Les volventes sont des filaments courts dans lesquels la proie peut facilement s'emmêler.
Cette arme non conventionnelle s'explique par le fait que les méduses, bien qu'élégantes, ne sont pas très rapides. La neurotoxine injectée dans le corps de la proie la paralyse instantanément, offrant ainsi à la méduse un temps précieux pour un repas.
Méduse après une chasse réussie.
En plus de leurs méthodes de chasse et de défense inhabituelles, les méduses ont un mode de reproduction très particulier. Les mâles produisent des spermatozoïdes, tandis que les femelles produisent des ovules, dont la fusion forme des planules (larves) qui se déposent sur le fond. Après un certain temps, la larve devient un polype, à partir duquel, en atteignant sa maturité, de jeunes méduses se détachent (il s'agit en fait de bourgeonnement). Ainsi, il existe plusieurs stades du cycle de vie, dont l'un est la méduse ou la génération méduzoïde.
Méduse chevelue, également connue sous le nom de « crinière de lion ».
Si on demandait à la méduse chevelue comment améliorer son efficacité de chasse, elle répondrait : « davantage de tentacules ». Il y en a environ 60 (des clusters de 15 tentacules à chaque coin du dôme). De plus, cette espèce de méduse est considérée comme la plus grande, car le diamètre de son dôme peut atteindre 2 mètres, et ses tentacules peuvent s'étendre jusqu'à 20 mètres pendant la chasse. Heureusement, cette espèce n'est pas particulièrement « venimeuse », donc elle n'est pas mortelle pour l'homme.
La méduse-boîte, quant à elle, ajouterait à la quantité la qualité. Ce type de méduse possède également 15 tentacules (mesurant 3 m de long) à chacun des quatre coins de son dôme, mais son venin est de loin plus puissant que celui de son homologue imposante. Il est considéré que le neurotoxique dans le corps de la méduse-boîte est suffisant pour tuer 60 personnes en 3 minutes. Ce fléau des mers réside dans la zone côtière du nord de l'Australie et de la Nouvelle-Zélande. Selon les données de la période de 1884 à 1996, 63 personnes sont mortes en Australie, mais ces données peuvent être inexactes, et le nombre de rencontres fatales entre l'homme et la méduse-boîte pourrait être beaucoup plus élevé. Cependant, selon les données de 1991 à 2004, parmi 225 cas, seulement 8 % des victimes ont été hospitalisées, parmi lesquelles il y a eu un décès (un enfant de trois ans).
Méduse-boîte
Revenons maintenant à l'étude que nous examinons aujourd'hui.
Du point de vue des cellules, le processus le plus important de toute vie d'un organisme est la prolifération cellulaire — le processus de croissance des tissus de l'organisme par la multiplication des cellules par division. Pendant la croissance de l'organisme, ce processus régule l'augmentation de la taille du corps. Et lorsque l'organisme est complètement formé, les cellules proliférantes régulent l'échange physiologique des cellules et le remplacement des endommagées par des nouvelles.
Les cnidaires, étant un groupe apparenté aux branches bilatérales et aux premières étapes de développement des organismes multicellulaires, ont été utilisés pour étudier les processus évolutifs depuis de nombreuses années. Par conséquent, les cnidaires ne font pas exception en ce qui concerne la prolifération. Par exemple, au cours du développement embryonnaire de l'anémone de mer Nematostella vectensis la prolifération cellulaire est coordonnée avec l'organisation de l'épithélium et participe au développement des tentacules.
Nematostella vectensis
De plus, comme nous le savons déjà, les cnidaires sont réputés pour leurs capacités régénératives. Les hydres (un genre de cnidaires d'eau douce) sont considérées depuis des centaines d'années comme les plus populaires parmi les chercheurs. La prolifération, déclenchée par des cellules mourantes, initie le processus de régénération de la tête basale de l'hydre. Le nom même de cette créature fait référence à un être mythique, connu pour sa régénération — l'Hydre de Lerne, que Héraclès a réussi à vaincre.
Bien que les capacités régénératives aient été associées à la prolifération, il reste flou comment ce processus cellulaire se déroule dans des conditions normales à différents stades de développement de l'organisme.
Les méduses, ayant un cycle de vie complexe composé de deux étapes de reproduction (végétative et sexuée), constituent un excellent modèle pour étudier la prolifération.
Dans ce travail, le rôle de l'espèce principale étudiée a été joué par la méduse de l'espèce Cladonema pacificum. Cette espèce vit le long des côtes du Japon. Initialement, cette méduse possède 9 tentacules principaux qui commencent à se ramifier et à croître en taille (tout comme le corps) pendant le développement jusqu'à l'âge adulte. Cette caractéristique permet d'étudier en détail tous les mécanismes impliqués dans ce processus.
En plus de Cladonema pacificum l'étude a également examiné d'autres espèces de méduses : Cytaeis uchidae et Rathkea octopunctata.
Résultats de l'étude
Pour comprendre la distribution spatiale de la prolifération cellulaire dans la méduse Cladonema, les scientifiques ont utilisé la coloration au 5-ethynyl-2'-désoxyuridine (EdU), qui marque les cellules en phase S* ou les cellules qui l'ont déjà traversée.
phase S* — phase du cycle cellulaire durant laquelle la réplication de l'ADN a lieu.
Étant donné que Cladonema augmente rapidement en taille et montre une ramification des tentacules durant le développement (1A—1C), la répartition des cellules prolifératrices peut varier tout au long de la maturation.
Image #1 : caractéristiques de la prolifération cellulaire chez les jeunes Cladonema.
Grâce à cette caractéristique, il a été possible d'étudier le mécanisme de prolifération cellulaire tant chez les jeunes (jour 1) que chez les méduses matures (jour 45).
Chez les jeunes méduses, les cellules positives à l'EdU ont été trouvées en grand nombre dans tout le corps, y compris dans le parapluie, le manubrium (organe de support de la cavité buccale chez les méduses) et les tentacules, indépendamment du temps d'exposition à l'EdU (1D–1K et 1N–1O, EdU : 20 μM (micromolaire) après 24 heures).
Dans le manubrium, il y avait relativement peu de cellules positives à l'EdU (1F et 1G), tandis que dans le parapluie, leur répartition était très homogène, en particulier dans la couche externe du parapluie (exumbrella, 1H—1K). Dans les tentacules, les cellules positives à l'EdU étaient fortement clusterisées (1N). L'application du marqueur mitotique (anticorps PH3) a permis de confirmer que les cellules positives à l'EdU sont bien des cellules en prolifération. Des cellules positives au PH3 ont été détectées tant dans l'ombrelle que dans le bulbe des tentacules (1L et 1P).
Dans les tentacules, les cellules mitotiques ont été principalement trouvées dans l'ectoderme (1P), tandis que dans l'ombrelle, les cellules proliférantes étaient situées dans la couche superficielle (1M).
Image n°2 : caractéristiques de la prolifération cellulaire chez les Cladonema adultes.
Tout comme chez les jeunes individus, les cellules positives à l'EdU étaient abondamment présentes dans tout le corps. Dans l'ombrelle, les cellules positives à l'EdU se trouvaient plus fréquemment dans la couche superficielle que dans la couche inférieure, ce qui est similaire à ce qui a été observé chez les jeunes individus (2A—2D).
En revanche, la situation était quelque peu différente dans les tentacules. Les cellules positives à l'EdU s'accumulaient à la base du tentacule (bulbe), où deux clusters étaient détectés de chaque côté du bulbe (2E et 2F). Chez les jeunes individus, de telles accumulations ont également été observées (1N), c'est-à-dire que les bulbilles des tentacules pourraient être la principale zone de prolifération tout au long de la phase méduzoïde. Il est intéressant de noter que dans le manubrium des adultes, le nombre de cellules positives à l'EdU était nettement plus élevé que chez les jeunes (2G et 2H).
En résumé, la prolifération cellulaire peut se produire uniformément dans l'ombrelle de la méduse, tandis que dans les tentacules, ce processus est très localisé. Par conséquent, on peut supposer que la prolifération cellulaire uniforme pourrait contrôler la croissance du corps et l'homéostasie des tissus, tandis que les accumulations de cellules proliférantes près des bulbilles des tentacules participent à la morphogenèse des tentacules.
En termes de développement du corps en tant que tel, la prolifération joue un rôle essentiel dans la croissance du corps.
Image n°3 : importance de la prolifération dans le processus de croissance du corps de la méduse.
Pour vérifier cela en pratique, les scientifiques ont suivi la croissance du corps des méduses, à partir de jeunes individus. Il est plus facile de déterminer la taille du corps de la méduse par son ombrelle, car elle croît de manière uniforme et proportionnelle à l'ensemble du corps.
Avec une alimentation normale en conditions de laboratoire, la taille de l'ombrelle augmente fortement de 54,8 % au cours des 24 premières heures — passant de 0,62 ± 0,02 mm2 à 0,96 ± 0,02 mm2. Pendant les 5 jours suivants d'observation, la taille augmentait lentement et progressivement jusqu'à 0,98 ± 0,03 mm2 (3A—3C).
Les méduses d'un autre groupe, privées de nourriture, n'ont pas grandi mais ont diminué (ligne rouge sur le graphique 3C). L'analyse cellulaire des méduses affamées a montré un nombre extrêmement faible de cellules EdU : 1240,6 ± 214,3 pour les méduses du groupe témoin et 433,6 ± 133 pour celles en famine (3D—3H). Cette observation pourrait constituer une preuve directe que l'alimentation influence directement le processus de prolifération.
Pour tester cette hypothèse, les scientifiques ont effectué une analyse pharmacologique, durant laquelle ils ont bloqué la progression du cycle cellulaire en utilisant de l'hydroxytamisole (CH4N2O2) - un inhibiteur du cycle cellulaire provoquant l'arrêt en phase G1. En conséquence, les cellules en phase S, détectées précédemment avec EdU, ont disparu (3I—3L). Ainsi, les méduses soumises à l'exposition de CH4N2O2 n'ont pas montré de croissance corporelle, contrairement au groupe témoin (3M).
L'étape suivante de l'étude a consisté en une analyse détaillée des tentacules ramifiés des méduses, afin de confirmer l'hypothèse selon laquelle la prolifération cellulaire locale dans les tentacules contribue à leur morphogénèse.
Image n°4 : influence de la prolifération cellulaire locale sur la croissance et le ramification des tentacules des méduses.
Les tentacules d'une jeune méduse ont une seule branche, mais avec le temps, leur nombre augmente. Dans des conditions de laboratoire, le ramification a été multiplié par 3 au neuvième jour d'observation (4A et 4C).
Encore une fois, en utilisant CH4N2O2, le ramification des tentacules n'a pas été observée, il n'y avait qu'une seule branche (4B et 4C). Fait intéressant, l'élimination de CH4N2O2 du corps des méduses restaurait le processus de ramification des tentacules, ce qui indique la réversibilité de l'intervention médicamenteuse. Ces observations indiquent clairement l'importance de la prolifération pour le développement des tentacules.
Les cnidaires ne seraient pas cnidaires sans les nématocystes (cnidocyte, c'est-à-dire les cellules urticantes). Chez la méduse Clytia hemisphaerica, les cellules souches dans les bulbilles des tentacules fournissent des nématocystes aux extrémités des tentacules grâce à la prolifération cellulaire. Naturellement, les scientifiques ont décidé de vérifier cette affirmation également.
Pour détecter un lien entre les nématocystes et la prolifération, un colorant nucléaire a été utilisé, capable de marquer le poly-γ-glutamate, synthétisé dans la paroi du nématocyste (DAPI, c'est-à-dire 4’,6-diamidino-2-phénylindole).
La coloration du poly-γ-glutamate a permis d'évaluer la taille des cnidocytes, variant de 2 à 110 μm2 (4D—4G). Un certain nombre de cnidocytes vides a également été identifié, c'est-à-dire que ces cnidocytes avaient été épuisés (4D—4G).
L'activité de prolifération dans les tentacules des méduses a été vérifiée par l'étude des lacunes dans les cnidocytes après blocage du cycle cellulaire par CH4N2O2. La proportion de cnidocytes vides chez les méduses après intervention médicamenteuse était plus élevée que dans le groupe témoin : 11,4 % ± 2,0 % chez les méduses du groupe témoin et 19,7 % ± 2,0 % chez les méduses traitées avec CH4N2O2 (4D—4G et 4H). Par conséquent, même après l'épuisement, les cnidocytes continuent d'être activement approvisionnés en cellules précurseurs par prolifération, ce qui confirme l'influence de ce processus non seulement sur le développement des tentacules, mais aussi sur la nématogenèse en eux.
Le moment le plus intéressant a été l'étape de recherche des capacités régénératrices des méduses. Étant donné la forte concentration de cellules prolifératives dans l'ampoule des tentacules chez les méduses adultes Cladonema, les scientifiques ont décidé d'étudier la régénération précisément des tentacules.
Image n°5 : influence de la prolifération sur la régénération des tentacules.
Après la dissection des tentacules à la base, un processus de régénération a été observé (5A–5D). Au cours des premières 24 heures, la guérison s'est produite dans la zone de la coupure (5B). Au deuxième jour des observations, la pointe a commencé à s'allonger et des ramifications sont apparues (5C). Au cinquième jour, le tentacule était complètement ramifié (5D), par conséquent, la régénération du tentacule peut suivre le morphogenèse normale du tentacule après allongement.
Pour mieux étudier la première étape de la régénération, les scientifiques ont analysé la distribution des cellules proliférantes en utilisant le marquage PH3 pour visualiser les cellules mitotiques.
Alors que les cellules se divisant étaient souvent observées près de la zone amputée, les cellules mitotiques étaient dispersées dans les ampoules non coupées avec des tentacules (5E et 5F).
). L'évaluation quantitative des cellules positives au PH3 présentes dans les ampoules des tentacules a permis de découvrir une augmentation significative des cellules positives au PH3 dans les ampoules des tentacules chez les individus avec membres amputés par rapport au groupe témoin (5G). En conclusion, les processus régénératifs initiaux sont accompagnés d'une augmentation active de la prolifération des cellules dans les ampoules des tentacules.
L'étude de l'impact de la prolifération sur la régénération a été possible grâce au blocage des cellules avec CH4N2O2 après la section des tentacules. Dans le groupe témoin, l'allongement des tentacules après leur amputation s'est déroulé normalement, comme prévu. En revanche, dans le groupe traité avec CH4N2O2, l'allongement ne s'est pas produit, malgré une cicatrisation de la plaie normale (5H). En d'autres termes, la cicatrisation se produira de toute façon, mais pour une régénération correcte des tentacules, la prolifération est nécessaire.
Finalement, les chercheurs ont décidé d'étudier la prolifération chez d'autres espèces de méduses, notamment chez Cytaeis et Rathkea.
Image n°6 : comparaison de la prolifération chez les méduses des espèces Cytaeis (à gauche) et Rathkea (à droite).
Il y a Cytaeis Des cellules EdU-positives de méduses ont été observées dans le manubrium, les bulbes des tentacules et dans la partie supérieure du parapluie (6A et 6B). La localisation des cellules PH3-positives identifiées chez Cytaeis est très similaire à Cladonema, cependant, il existe certaines différences (6C et 6D). En revanche, chez Rathkea , les cellules EdU-positives et PH3-positives ont été presque exclusivement trouvées dans la région du manubrium et des bulbes des tentacules (6E—6H).
). Il est également intéressant de noter que les cellules en prolifération étaient souvent présentes dans les bourgeons de la méduse Rathkea (6E—6G), ce qui reflète le mode de reproduction asexuée de cette espèce.
Compte tenu des informations obtenues, on peut supposer que la prolifération cellulaire se produit dans les bulbes des tentacules, et ce, pas seulement chez une espèce de méduses, même s'il existe des différences dues à la variation de la physiologie et de la morphologie.
Pour une compréhension plus approfondie des nuances de l'étude, je recommande de consulter le .
Épilogue
Un de mes personnages littéraires préférés est Hercule Poirot. Ce détective perspicace accordait toujours une attention particulière aux petits détails qui semblaient insignifiants aux autres. Les scientifiques ressemblent beaucoup à des détectives qui rassemblent tous les indices possibles pour répondre à toutes les questions de l'enquête et identifier le « coupable ».
Aussi évident que cela puisse paraître, la régénération des cellules des méduses est directement liée à la prolifération — un processus incontournable dans le développement des cellules, des tissus et, par conséquent, de l'ensemble de l'organisme. Une étude plus approfondie de ce processus complet permettra de mieux comprendre les mécanismes moléculaires qui le sous-tendent, ce qui, à son tour, élargira non seulement l'étendue de nos connaissances, mais affectera également directement notre vie.
Hors sujet du vendredi :
La marche des méduses de l'espèce Aurelia, perturbée par un prédateur au nom inhabituel de «fried egg jellyfish», c'est-à-dire méduse-oeuf au plat (Planet Earth, voix off — David Attenborough).
Bien qu'elle ne soit pas une méduse, cette créature profonde (un grand-mâchoire de type pélican) est rarement capturée en vidéo (la réaction des chercheurs est tout simplement adorable).
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Source : habr.com
