État épigénétique des cellules souches

L'état épigénétique joue un rôle fondamental dans la régulation de l'activité génique des cellules souches. Les modifications épigénétiques sont des changements chimiques qui se produisent au niveau de l'ADN et des protéines qui l'entourent, sans altérer la séquence d'ADN proprement dite. Ces modifications agissent comme des interrupteurs qui activent ou désactivent les gènes, influençant ainsi la différenciation et le comportement des cellules, comme le cas de la méthylation où un groupe méthyle est ajouté à une cytosine, l'acétylation et la phosphorylation. Cela peut réprimer l'expression des gènes en empêchant la liaison des facteurs de transcription.   

Dans le contexte des cellules souches, l'état épigénétique est particulièrement important pour les raisons suivantes :

1. Maintien de la pluripotence : Dans les cellules souches pluripotentes, telles que les cellules souches embryonnaires et les cellules souches induites (iPS), l'état épigénétique maintient l'expression des gènes associés à la pluripotence tout en réprimant l'expression des gènes liés à la différenciation. Cela permet à ces cellules de rester indifférenciées et de conserver leur potentiel à se différencier en divers types cellulaires.

2. Différenciation cellulaire : Pendant la différenciation cellulaire des cellules souches en types cellulaires spécifiques, les modifications épigénétiques dirigent ce processus en activant et en désactivant sélectivement les gènes nécessaires à la différenciation. Par exemple, les facteurs de transcription spécifiques à un type de cellule cible peuvent modifier l'état épigénétique des gènes impliqués dans la formation de ce type de cellule.

3. Maintien de l'identité cellulaire : Une fois que les cellules souches se sont différenciées en types cellulaires spécialisés, les modifications épigénétiques contribuent à maintenir l'identité et les fonctions spécifiques de ces cellules. Elles permettent à une cellule musculaire, par exemple, de rester en réprimant les gènes caractéristiques d'autres types cellulaires, aussi les protéines présentes à la surface des cellules, telles que les antigènes et les récepteurs. Par exemple, les marqueurs CD (cluster de différenciation) sont couramment utilisés pour identifier différents types de cellules immunitaires. Chaque type cellulaire produit des protéines spécifiques à sa fonction. Par exemple, la troponine est une protéine cardiaque spécifique utilisée comme biomarqueur dans les tests cardiaques.

4. Réponse aux signaux environnementaux : Les modifications épigénétiques peuvent également être modifiées en réponse à des signaux environnementaux, tels que des facteurs de croissance ou des conditions de stress tels que les gènes de choc thermique, les cytokines sécrétés par d'autres cellules dans leur microenvironnement et les protéines de signalisation intracellulaire (MAPK, PI3K-Akt et Wnt). Cela permet aux cellules souches de s'adapter aux besoins changeants de l'organisme.

5. MicroARN (miARN) : Les miARN sont de petits ARN non codants qui régulent l'expression génique en se liant à l'ARN messager (ARNm) et en inhibant sa traduction en protéines. Les miARN jouent un rôle dans la régulation fine de l'expression des gènes et peuvent influencer les décisions de différenciation des cellules souches.

6. Chromatine et structure tridimensionnelle : L'organisation de la chromatine (l'ADN enroulé autour de protéines histones) et la structure tridimensionnelle de l'ADN jouent également un rôle dans la régulation génique des cellules souches. Certaines protéines, telles que CTCF, facilitent les interactions entre les régions spécifiques de l'ADN. Les ARN longs non codants (lncARN) sont impliqués aussi dans la régulation de la structure tridimensionnelle de la chromatine en interagissant avec les régions cibles.

Les principales modifications épigénétiques comprennent la méthylation de l'ADN et les modifications des histones, qui peuvent influencer l'accès des facteurs de transcription aux régions régulatrices des gènes. L'étude de l'état épigénétique des cellules souches aide les chercheurs à mieux comprendre les mécanismes de régulation génique qui contrôlent leur différenciation et leur fonction, ainsi que leur potentiel pour la médecine régénérative et les thérapies cellulaires