La moelle épinière est un élément important de notre système nerveux central : elle relie le cerveau au reste du corps et joue un rôle crucial dans la coordination de nos sensations avec nos actions. Chutes, violences, maladies, diverses formes de traumatismes peuvent causer des dommages irréversibles à la moelle épinière, entraînant la paralysie, parfois même la mort.

Bien que de nombreux vertébrés, y compris les humains, soient incapables de se remettre d'une moelle épinière blessure, certains animaux se démarquent. Par exemple, l'axolotl (Ambystoma mexicanum), une salamandre du Mexique, a la remarquable capacité de régénérer sa moelle épinière après une blessure. Quand la queue d'un axolotl est amputée, les neurones cellules souches résidant dans la moelle épinière sont recrutés à la blessure pour reconstruire la queue. Jusqu'à présent, les scientifiques ne pouvaient détecter cette activité que quelques jours après le début du processus.

"Quatre jours après l'amputation, tige cellules à environ un millimètre de la blessure, se divisent trois fois plus vite que le taux normal pour régénérer la moelle épinière et remplacer les neurones perdus », explique Emanuel Cura Costa, co-premier auteur de l'étude. "Ce que font les cellules souches dans les quatre premiers jours après la blessure était le vrai mystère."

Pour comprendre ce qui se passe dans les premiers instants de la régénération de la moelle épinière, des chercheurs du Conseil national de la recherche scientifique et technique d'Argentine (CONICET) et de l'Institut de recherche en pathologie moléculaire (IMP) d'Autriche se sont associés pour recréer le processus dans un modèle mathématique et tester ses prédictions dans le tissu axolotl avec les dernières technologies d'imagerie. Leurs conclusions, publiées dans eLife, montrent que cellules souches neuralesaccélérer leurs cycles cellulaires de manière hautement synchronisée, l'activation se propageant le long de la moelle épinière.

Régénérer en synchronisation : les cellules suivent le tempo

Dans la moelle épinière non lésée, les cellules se multiplient de manière asynchrone : certaines répliquent activement leur ADN avant de se diviser en deux cellules pour soutenir la croissance, tandis que d'autres se reposent simplement.

Le modèle des scientifiques a prédit que cela pourrait changer radicalement lors d'une blessure : la plupart des cellules à proximité de la blessure passeraient à un stade spécifique du cycle cellulaire pour se synchroniser et proliférer à l'unisson.

«Nous avons développé un outil pour suivre les cellules individuelles dans la moelle épinière en croissance des axolotls. Différentes couleurs marquent les cellules au repos et actives, ce qui nous permet de voir jusqu'où et à quelle vitesse la prolifération cellulaire se produit au microscope », explique Leo Otsuki, postdoctorant au laboratoire d'Elly Tanaka à l'IMP et co-premier auteur de cette étude. "Nous étions très excités de voir la correspondance entre les prédictions théoriques et les résultats expérimentaux."

La façon dont les cellules se multiplient en chœur dans la moelle épinière en régénération est exceptionnelle chez les animaux. Comment les cellules peuvent-elles coordonner leurs efforts sur près d'un millimètre, soit 50 fois la taille d'une seule cellule ?

Un signal mystérieux orchestrant la régénération

"Notre modèle nous a fait réaliser qu'il devait y avoir un ou plusieurs signaux qui se propagent à travers les tissus à partir du blessure, comme une vague, pour que le domaine des cellules proliférantes s'étende », explique Osvaldo Chara, chercheur de carrière au CONICET et chef de groupe SysBio à l'Institut de physique des liquides et des systèmes biologiques (IFLySIB). "Ce signal pourrait agir comme un messager et ordonner aux cellules souches de proliférer."

Les chercheurs soupçonnent que ce mystérieux messager aide à reprogrammer les cellules souches pour qu'elles se divisent rapidement et repoussent les tissus amputés. Leurs travaux identifient ce signal dans l'espace et dans le temps, et ouvrent la voie à une caractérisation plus poussée.

"Combiner des modèles mathématiques avec notre expertise en imagerie tissulaire était essentiel pour comprendre comment la moelle épinière commence à se régénérer", explique Elly Tanaka, scientifique senior à l'IMP. "La prochaine étape consiste à identifier les molécules qui favorisent la régénération de la moelle épinière, qui pourraient avoir un énorme potentiel thérapeutique pour les patients souffrant de lésions médullaires."