Une introduction au vieillissement et à la régénération

Dans le domaine du vieillissement et de régénération, les biologistes visent à comprendre les mécanismes de ces deux processus complexes qui sont impliqués dans le maintien de l’homéostasie tissulaire.

Vieillissement, ou « sénescence », comporte détérioration de la morphologie cellulaire et la perte des fonctions au fil du temps, alors que la régénération se réfère au remplacement des cellules âgées ou endommagés. Les tissus de notre corps sont maintenus dans un équilibre délicat entre la sénescence et la régénération. Bien que la plupart de nos tissus ont une durée de vie limitée, certains d'entre eux n’ont la capacité de se régénérer complètement suite à une blessure.

Cette vidéo parlera brièvement l’histoire, mettant en évidence les principales découvertes dans le domaine, certaines des questions importantes qui sont actuellement à l’étude, certains tests servant à répondre à ces questions et quelques applications de laboratoire spécifiques de ces concepts.

Avant d’évoquer les expériences en cours en cours, nous allons jeter un oeil à quelques-unes des découvertes importantes dans l’histoire de la recherche de vieillissement et de la régénération.

Les premières observations de la régénération tissulaire s’est produite vers 350 av. J.-C., où Aristote avait noté que les lézards étaient capables de régénérer leur queue après que qu’ils avaient été rompus.

Au XVIIIe siècle, la régénération des tissus est devenu un sujet d’actualité de la recherche et de trois scientifiques - R. A. Ferchault de Réaumur, Abraham Trembley, et effectué Lazzaro Spallanzani-indépendamment des études régénération tissulaire détaillée en écrevisses, hydra et tritons, respectivement.

Scientifique grand public est devenu moins intéressé par le phénomène de régénération au cours du prochain siècle, mais dans l’intérêt du début des années 1900 a commencé à l’accumulation dans le domaine du vieillissement. Alexis Carrel, chirurgien Français et biologiste, a suggéré que les cellules en culture étaient immortelles et pourraient diviser indéfiniment. Cependant, d’autres scientifiques pas peuvent répliquer ses prétentions.

En 1961, Leonard Hayflick et Paul Moorhead a démontré que, contrairement à ce que prétend Carrel, les cellules normales en culture subissent une division d’un nombre fini de fois, environ 40 à 60, après quoi ils entrent dans la phase de sénescence. Ce phénomène de la division cellulaire limité est devenu connu comme la « limite de Hayflick. »

Les premiers conseils d’un mécanisme pour cette limite est arrivé en 1973, quand le biologiste soviétique Alexey Olovnikov reconnu que le mécanisme de réplication de l’ADN n’a pas pu répliquer totalement les extrémités des chromosomes, appelées télomères. Il prédit l’existence d’un mécanisme pour maintenir la longueur des télomères dans saines et des cellules cancéreuses.

Plus tard, en 1984, Elizabeth Blackburn, Carol Greider et Jack Szostak ont découvert que ce mécanisme impliqué une enzyme appelée télomérase. Ils ont démontré que la télomérase est responsable de l’ajout des séquences répétées à l’extrémité 3' du chromosome, qui permettrait à l’ADN polymérase à répliquer totalement les extrémités des chromosomes. Blackburn, Greider et Szostak a partagé le prix Nobel pour cette découverte en 2009.

Maintenant que nous avons passé en revue quelques-unes des découvertes liées au vieillissement et à la régénération, regardons quelques questions clées posées dans le domaine aujourd'hui.

Une question importante à l’étude est : comment des cellules âge ? Une théorie dominante du vieillissement des cellules est appelée la théorie des radicaux libres. L’idée est que, lorsque les organites de la cellule appelées mitochondries effectuer la respiration oxydative, sous-produits appelés espèces réactives de l’oxygène, ou ROS, sont formés. La surproduction de ces molécules induit un stress oxydatif, qui altère la fonction des organelles, comme les mitochondries elles-mêmes et le réticulum endoplasmique et peut également causer des dommages à l’ADN nucléaire. Les scientifiques sont curieux de découvrir les mécanismes derrière ces événements.

Une autre question qui se pose est : Quels sont les physiologiques et facteurs environnementaux affectant la durée de vie de l’organisme ? Certains chercheurs cherchent à analyser les effets des changements environnementaux, la restriction calorique par exemple, sur la durée de vie de l’organisme. Autres chercheurs s’intéressent à l’identification des gènes et des voies biochimiques qui régulent le processus de vieillissement.

Enfin, les scientifiques cherchent aussi à comprendre comment les tissus subissent une régénération spontanée après une blessure. Des cellules spéciales appelées cellules souches adultes ont été trouvés à jouer un rôle déterminant dans ce processus, et certains chercheurs sont curieux de connaître la dynamique de ces cellules après une blessure. D’un point de vue clinique, les scientifiques sont intéressent à étudier comment ces cellules peuvent être utilisés dans les thérapies pour les maladies dégénératives.

Maintenant que vous savez que certaines des questions posées dans le domaine, nous allons étudier les outils de recherche différents qui utilisent des scientifiques pour répondre à ces questions.

Une des façons de mesurer l’âge des cellules est en déterminant l’activité de longueur et de la télomérase des télomères. Ces deux paramètres peuvent être mesurés à l’aide de polymérisation en chaîne, ou PCR.

Scientifiques examinent également les marqueurs établis des cellules sénescentes, comme la β-galactosidase. Cela peut être fait les cellules à l’aide des épreuves biochimiques et leur observation au microscope de la coloration.

Pour examiner les facteurs qui influent sur la durée de vie de l’organisme, les scientifiques utilisent souvent les organismes invertébrés modèle, tels que les vers et les mouches. Les avantages avec ces organismes modèles sont leurs temps de génération relativement courtes et leur capacité à se développer dans des installations de laboratoire simple. En outre, des manipulations génétiques peuvent être facilement effectuées chez ces organismes, qui aident les scientifiques à examiner le rôle des gènes dans le processus de vieillissement et de longévité.

Enfin, le rôle des cellules souches adultes dans la régénération des tissus peut être étudié en utilisant plusieurs approches. Par exemple, les scientifiques peuvent marquer des cellules souches adultes dans le tissu cible avec des marqueurs spécifiques, qui leur permettent de retracer ces cellules comme régénère les tissus. Parfois, les chercheurs injectent directement ces cellules souches multipotentes dans le tissu endommagé afin d’étudier leur rôle dans la réparation après une blessure.

Puisque vous savez maintenant quelques-unes des méthodes utilisées dans le domaine du vieillissement et de la régénération tissulaire, regardons quelques applications spécifiques de ces méthodes.

Le nématode Caenorhabditis elegans a été utilisé comme une plateforme de dépistage pour identifier les mutations génétiques qui peuvent prolonger la durée de vie. Ici, après synchronisation d’âge avec l’aide d’un protocole de Ponte chronométré, scientifiques ont analysé l’effet d’une mutation de gène sur la durée de vie de l’organisme.

Afin d’étudier les mécanismes de régénération des tissus, il existe beaucoup de modèles qui impliquent la lésion initiale, suivie de l’analyse des mécanismes de régénération. Dans cet exemple, les scientifiques examinés la régénération des tissus suite à l’ablation de la ligne latérale, une composante clé sensorielle du système nerveux périphérique zebrafish.

Afin d’inciter l’ablation, scientifiques traitement poisson avec gentamicine. Après le temps de récupération désigné, les poissons ont été versés dans la solution de colorant vital fluorescent, dont les cellules souches neurales des taches. Ces teinté de cellules ont été ensuite quantifiées à l’aide de la microscopie de fluorescence.

Enfin, les chercheurs injectent souvent des cellules souches adultes pour induire la réparation des tissus endommagés. Ici, les scientifiques ont utilisé des cellules souches multipotentes pour induire la régénération des tissus musculaires endommagés. Pour ce faire, les scientifiques généré murin avec des muscles de la patte endommagée. Ensuite, les cellules souches multipotentes ont été injectés directement dans les muscles endommagés. Après l’injection, les cellules ont été donnés le temps de proliférer et de se différencier et leur contribution au fonctionnel amélioration a été analysée.

Vous avez juste regardé introduction de JoVE au domaine du vieillissement et de la régénération. Cette vidéo revue historiques faits saillants du champ, certaines questions clés posées par les biologistes, quelques essais importants étant utilisés pour répondre à ces questions et les expériences en cours en cours afin de comprendre la biologie de sénescence et de régénération. Comme toujours, Merci pour regarder !