Cellules souches et homéostasie tissulaire

Imprimer la page

-A +A
Chef d'équipe: Allison Bardin
Cellules souches et homéostasie tissulaire

Mots-clés

cellule souche, prolifération, différenciation, développement, cancer

En clair

Nous étudions les cellules souches adultes de l’intestin de drosophile pour comprendre les mécanismes généraux contrôlant les cellules souches et leur descendance, en combinant les outils génétiques très puissants existant chez la drosophile et l’imagerie confocale haute résolution.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Fig.1 : L’intestin de drosophile adulte.: Les cellules souches sont multipotentes : elles se divisent pour produire une autre cellule souche et une cellule fille, un enteroblaste (EB) qui va se différencier en enterocyte (EC) ou en cellule entéroendocrine (ee). Les cellules souches sont situées près de la membrane basale.Fig.1 : L’intestin de drosophile adulte.: Les cellules souches sont multipotentes : elles se divisent pour produire une autre cellule souche et une cellule fille, un enteroblaste (EB) qui va se différencier en enterocyte (EC) ou en cellule entéroendocrine (ee). Les cellules souches sont situées près de la membrane basale.

Les cellules souches adultes sont capables de s'autorenouveller et de se différencier en d'autres types cellulaires. Elles assurent le développement et la maintenance des organes au cours de la vie.
Pour comprendre la formation des cancers, ou pour innover en médecine régénérative, il faut d’abord comprendre la biologie des cellules souches.

Les cellules souches sont contrôlées à plusieurs niveaux : la cellule souche intègre des signaux produits par elle-même ou envoyés par les cellules environnantes et plus généralement par l’organisme pour moduler la division cellulaire, le maintien de la cellule à l’état souche et le processus de différenciation. L'objectif de notre groupe est d'identifier des mécanismes participant à ces processus et, au final, de comprendre comment ils fonctionnent ensemble pour promouvoir l'homéostasie d'un tissu. Pour ce faire, nous utilisons un modèle simplifié, l'intestin moyen de drosophile (Figure 1).  La présence de cellules souches intestinales adultes (ISC), qui se divisent tout au long de la vie adulte, renouvelle les cellules différenciées et permet au tissu de s’adapter au stress  - ingestion de pathogènes, abrasion.


 

Comprendre le choix du destin cellulaire.

 

Fig.2 : Un niveau fort de Notch est requis pour la différenciation.: Nos données proposent qu’une activation forte de la voie Notch est requise pour faire la transition cellule souche – cellule en cours de différenciation.Fig.2 : Un niveau fort de Notch est requis pour la différenciation.: Nos données proposent qu’une activation forte de la voie Notch est requise pour faire la transition cellule souche – cellule en cours de différenciation.

Un de nos objectifs est de comprendre les signaux intrinsèques nécessaires pour déterminer le destin de la cellule souche et de sa fille. Nous étudions comment la voie de signalisation Notch contrôle l'équilibre entre les différents types cellulaires dans l'intestin. Nous avons constaté qu’un modulateur de la voie Notch est spécifiquement requis pour l'engagement de la cellule fille sur la voie de la différenciation, limitant de ce fait le nombre de cellules souches. Mais ce modulateur n’est plus nécessaire pour la différenciation per se de la cellule fille.
Nos données suggèrent deux seuils d’activation de Notch : dans un premier temps un seuil élevé d’activation est requis pour permettre l'engagement de la cellule souche vers la différenciation (transition ISC-EB); la spécification de la cellule fille peut se produire correctement avec un niveau plus faible de Notch (transition EB – EC/ee). Nous étudions actuellement la nature de ces seuils, le contrôle temporel du destin cellulaire, et essayons d'évaluer la dynamique de la signalisation Notch dans ce système.

 

Identification de nouveaux gènes contrôlant les cellules souches et filles.

 

Fig.3 : Crible génétique pour identifier des gènes affectant les cellules souches et différenciées.: Les clones mitotiques induits dans l’intestin adulte (en vert) montrent (A) une perte de cellules souches, (B) l’accumulation de cellules type souches (ISC identifiées par l’expression de Delta en rouge), ou (C) l’accumulation de cellules type enteroendocrines (ee marquées en bleu par Prospero).Fig.3 : Crible génétique pour identifier des gènes affectant les cellules souches et différenciées.: Les clones mitotiques induits dans l’intestin adulte (en vert) montrent (A) une perte de cellules souches, (B) l’accumulation de cellules type souches (ISC identifiées par l’expression de Delta en rouge), ou (C) l’accumulation de cellules type enteroendocrines (ee marquées en bleu par Prospero).

Nous avons également adopté des approches génétiques et génomiques pour mieux comprendre comment sont contrôlées les cellules souches. Suite à un crible génétique par mutagenèse à l’EMS, nous avons identifié plusieurs gènes nécessaires pour limiter la prolifération de cellules souches, ou pour contrôler le destin des cellules différenciées. Nous utilisons actuellement des approches génétiques et moléculaires pour approfondir le rôle de ces gènes dans la biologie des cellules souches. En parallèle, nous utilisons une approche génomique pour identifier les ARN exprimés différentiellement dans les cellules souches et les cellules différenciées, qui sont potentiellement des régulateurs ou des marqueurs des ISC. Avec ces deux approches complémentaires, nous espérons identifier les principaux gènes de régulation et les mécanismes cellulaires contrôlant l’équilibre entre cellules souches et cellules différenciées.

 

Le laboratoire est membre du LABEX DEEP
- Development, Epigenesys, Epigenetics, Potential (2012-2020)

Publications clés

  • Année de publication : 2012

  • The Drosophila adult posterior midgut has been identified as a powerful system in which to study mechanisms that control intestinal maintenance, in normal conditions as well as during injury or infection. Early work on this system has established a model of tissue turnover based on the asymmetric division of intestinal stem cells. From the quantitative analysis of clonal fate data, we show that tissue turnover involves the neutral competition of symmetrically dividing stem cells. This competition leads to stem-cell loss and replacement, resulting in neutral drift dynamics of the clonal population. As well as providing new insight into the mechanisms regulating tissue self-renewal, these findings establish intriguing parallels with the mammalian system, and confirm Drosophila as a useful model for studying adult intestinal maintenance.
  • Année de publication : 2011

  • Tight regulation of self-renewal and differentiation of adult stem cells ensures that tissues are properly maintained. In the Drosophila intestine, both commitment, i.e. exit from self-renewal, and terminal differentiation are controlled by Notch signaling. Here, we show that distinct requirements for Notch activity exist: commitment requires high Notch activity, whereas terminal differentiation can occur with lower Notch activity. We identified the gene GDP-mannose 4,6-dehydratase (Gmd), a modulator of Notch signaling, as being required for commitment but dispensable for terminal differentiation. Gmd loss resulted in aberrant, self-renewing stem cell divisions that generated extra ISC-like cells defective in Notch reporter activation, as well as wild-type-like cell divisions that produced properly terminally differentiated cells. Lowering Notch signaling using additional genetic means, we provided further evidence that commitment has a higher Notch signaling requirement than terminal differentiation. Our work suggests that a commitment requirement for high-level Notch activity safeguards the stem cells from loss through differentiation, revealing a novel role for the importance of Notch signaling levels in this system.
  • Année de publication : 2010

  • Adult stem cells maintain tissue homeostasis by controlling the proper balance of stem cell self-renewal and differentiation. The adult midgut of Drosophila contains multipotent intestinal stem cells (ISCs) that self-renew and produce differentiated progeny. Control of ISC identity and maintenance is poorly understood. Here we find that transcriptional repression of Notch target genes by a Hairless-Suppressor of Hairless complex is required for ISC maintenance, and identify genes of the Enhancer of split complex [E(spl)-C] as the major targets of this repression. In addition, we find that the bHLH transcription factor Daughterless is essential to maintain ISC identity and that bHLH binding sites promote ISC-specific enhancer activity. We propose that Daughterless-dependent bHLH activity is important for the ISC fate and that E(spl)-C factors inhibit this activity to promote differentiation.