Découverte d’un complexe protéique spécifique de cellules souches végétales régulant leur division et leur réponse au stress

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De la même manière que les protéines BRAVO et WOX5 ont besoin l’une de l’autre pour fonctionner correctement, cette découverte n’aurait pu être possible sans unir les connaissances et les disciplines académiques fournies par les deux équipes de recherche: la biochimie, la génétique et la biologie cellulaire, d’une part, et la modélisation mathématique, d’autre part. “Des travaux antérieurs de mon équipe et d’autres avaient démontré que la perte de l’une des protéines, BRAVO ou WOX5, produisait la division des cellules souches racinaires. Cependant, leur connexion moléculaire n’était pas encore comprise“, explique Ana I. Caño Delgado.

“De manière générale, les régulations génétiques impliquent une complexité qui n’est souvent pas intuitive et qui ne peut être appréhendée qu’à travers des modèles mathématiques et des simulations informatiques. Les modèles mathématiques que nous avons créés ont permis de donner un sens à la quantité de données recueillies par l’équipe du CRAG”, ajoute Marta Ibañes, chercheuse à l’UB Institute of Complex Systems.

Ces nouveaux modèles mathématiques permettront désormais l’expérimentation in silico, créant des situations hypothétiques pouvant se produire au niveau des cellules souches de la racine, comme l’effet de l’application d’hormones ou les réponses possibles lors de situations de stress.

Le centre de repos: un réservoir de cellules souches

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Les plantes ont un ensemble de cellules souches à l’extrémité de la racine primaire qui leur donne la capacité de se développer indéfiniment. La majorité de ces cellules se divisent à un rythme rapide, créant d’autres cellules souches et les différentes cellules qui forment les tissus de la racine, comme l’épiderme ou le tissu vasculaire. Cependant, à une extrémité de cette niche, il y a quelques cellules souches qui se divisent à un rythme plus lent; c’est pourquoi, la zone qu’ils occupent est appelée «centre de repos».

Chaque fois qu’une cellule duplique son matériel génétique pour se diviser, elle risque d’intégrer des erreurs de réplication, des mutations qui peuvent avoir des conséquences négatives pour l’organisme. C’est pourquoi les cellules souches du centre quiescent représentent une assurance, un réservoir de cellules génétiquement sûres. Si nécessaire, ces cellules peuvent «se réveiller» et se diviser pour remplir la niche des cellules souches.

C’est précisément dans ces quelques cellules du centre de repos que les protéines BRAVO et WOX5 exercent leur fonction importante: supprimer la division cellulaire. «Nous avons créé des plantes d’Arabidopsis avec des mutations simultanées des gènes BRAVO et WOX5 et nous avons observé qu’elles avaient moins de capacité à régénérer les racines, qui étaient plus courtes et moins abondantes», explique Isabel Betegón-Putze, première auteure de l’article, qui a réalisé ces expériences au cours de son doctorat.

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Lors d’un stress sévère ou prolongé, deux réponses spécifiques ont lieu au niveau de la niche des cellules souches: la mort des cellules souches à division rapide et l’activation des cellules centrales quiescentes. Les cellules centrales quiescentes s’activent, par exemple, après une coupure à l’apex racinaire, ou après une congélation des racines ou un saturnisme. Ce faisant, ils remplacent les cellules souches mortes permettant à la racine de continuer à croître et à se développer correctement, ce qui garantit à son tour la nutrition et le soutien de la plante. Comprendre les mécanismes moléculaires qui régulent ces processus est essentiel pour obtenir des cultures plus résilientes, surtout dans la situation actuelle, avec des climats de plus en plus extrêmes.

Les plantes, contrairement aux animaux, peuvent former de nouveaux organes (feuilles, fleurs, etc.) à l’âge adulte et, de plus, elles continuent de croître pendant toute leur vie (qui peut durer plus de 2000 ans). Les cellules souches chez les animaux et les plantes semblent utiliser des stratégies similaires pour résoudre des problèmes biologiques similaires; cependant, les processus moléculaires qui les régulent semblent être différents. Comprendre ces différences peut être très utile pour concevoir des stratégies utiles en médecine et en cosmétique qui ralentissent le vieillissement cellulaire et favorisent la régénération des tissus endommagés. Cette étude et d’autres dirigées par Ana I. Caño-Delgado sont un pas en avant dans cette direction.

Joseph Baraka.

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