La neurogenine 3 (NEUROG3), dont la mutation peut entraîner le diabète, n’est active que pendant une courte période au cours du développement du pancréas, ce qui explique que son comportement et sa dynamique n’aient pas encore été élucidés, en particulier dans le contexte du développement humain. Des chercheurs de l’Institut Max Planck de biologie cellulaire moléculaire et de génétique (MPI-CBG) à Dresde et de la Fondation Novo Nordisk à l’Université de Copenhague ont maintenant utilisé une méthode spéciale pour observer à la fois l’activité du gène et la protéine qu’il produit dans les cellules pancréatiques humaines, ce qui leur permet de mieux comprendre le gène.
Cette méthode permet de relier le comportement dynamique des cellules pancréatiques, qui a pu être observé sur des images en direct, à tous les gènes qu’elles produisent. Cela permet de mieux comprendre comment les cellules productrices d’hormones pancréatiques se développent. Cela pourrait ouvrir la voie à l’obtention d’un plus grand nombre de ces cellules à des fins thérapeutiques, par exemple pour la production et la transplantation de ces cellules chez les patients souffrant de diabète.
Les différentes cellules du pancréas contrôlent notre glycémie, comme par exemple les cellules bêta qui produisent l’insuline. L’insuline contribue à faire baisser notre glycémie. Si ces cellules cessent de fonctionner ou meurent, nous pouvons être atteints de diabète. Au cours de la croissance de notre corps, toutes ces cellules spéciales proviennent d’un seul type de cellules dans le pancréas, le précurseur endocrinien du pancréas. Ce type de cellule n’utilise que brièvement un gène appelé NEUROG3 pour accomplir sa tâche.
Le groupe de recherche d’Anne Grapin-Botton, directrice exécutive du MPI-CBG à Dresde, en collaboration avec des collègues de la Fondation Novo Nordisk à l’Université de Copenhague, s’est fixé pour objectif d’étudier plus en détail ces cellules particulières du pancréas qui utilisent le gène NEUROG3 et de comprendre comment ce gène se comporte dans les cellules individuelles.
“Nous avons utilisé des marqueurs spéciaux pour voir NEUROG3 dans ces cellules. Cela nous a permis d’observer en direct le mouvement des cellules sur une longue période”, explique Belin Selcen Beydag-Tasöz, premier auteur de l’étude, qui poursuit : “En observant des modèles 2D et 3D du pancréas humain, nous avons découvert que la concentration du gène NEUROG3 variait d’une cellule à l’autre. Certaines cellules avaient beaucoup de ce gène, d’autres très peu. De manière surprenante, malgré ces différences, toutes les cellules dans lesquelles NEUROG3 était détectable produisaient des cellules qui produisaient des hormones. Un autre résultat surprenant est que NEUROG3 fonctionne environ deux fois plus lentement chez les humains que chez les souris. Cela signifie que ce gène a besoin de plus de temps pour accomplir sa tâche chez les humains que chez les souris”.
Les chercheurs ont utilisé la méthode d’imagerie en direct à long terme pour observer un processus qui reste normalement caché dans l’utérus. La luminosité des cellules les a aidés à combiner l’activité des gènes avec le comportement des cellules. De cette manière, l’équipe de recherche a découvert qu’un autre gène appelé KLK12 permettait aux cellules de se déplacer pour former des îlots de Langerhans dès que le gène NEUROG3 commence à fonctionner.
Anne Grapin-Botton, qui a dirigé l’étude, résume : “Les systèmes de culture cellulaire que nous avons mis au point pour comprendre comment les cellules forment des organes dans les embryons humains commencent à porter leurs fruits. Notre étude nous a permis d’en apprendre beaucoup plus sur la manière dont l’activité de certains gènes au cours du développement embryonnaire peut conduire au diabète plus tard dans la vie. Les résultats montrent qu’il y a une certaine flexibilité dans le contrôle de NEUROG3 lors de la production de cellules endocrines pour de futures applications thérapeutiques dans lesquelles ces cellules sont transplantées à des diabétiques”.
Beydag-Tasöz et al, Developmental Cell, MPI-CBG
Publication originale :
Belin Selcen Beydag-Tasöz, Joyson Verner D’Costa, Lena Hersemann, Byung Ho Lee, Federica Luppino, Yung Hae Kim, Christoph Zechner, Anne Grapin-Botton : Integrating single-cell imaging and RNA sequencing datasets links differentiation and morphogenetic dynamics of human pancreatic endocrine progenitors, Developmental Cell, 2023, https://doi.org/10.1016/j.devcel.2023.07.019.
