Notre équipe a pour but de comprendre la biologie des épithéliums ciliés.

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Chez tous les vertébrés, on trouve des tissus ciliés spécialisés dont la surface est couverte de cellules dotées de cils vibratiles qui battent de manière coordonnée pour permettre un mouvement liquidien dirigé. Ces cellules multiciliées jouent un rôle crucial dans divers processus physiologiques tels que l’évacuation du mucus et des particules nocives inhalées par les voies respiratoires, la circulation du liquide céphalo-rachidien dans le cerveau, ou encore la migration de l’ovule au lieu d’implantation dans l’utérus.

Vue en Microscopie Electronique à Balayage de l’épiderme cilié mature. Vert: Cellule multipliée ; Rouge: Cellule sécrétrice de mucus (dite gobelet) ; Brun foncé: Petite cellule sécrétrice (produit de la sérotonine) ; Jaune: Ionocyte.

Ainsi, plusieurs pathologies humaines, causées par des dysfonctionnements des cellules ciliées, se manifestent par des difficultés respiratoires chroniques, des troubles cérébraux, ou reproductifs. Toutefois, la recherche peine à expliquer la biologie des cellules multiciliées par manque de modèles simples d’accès. Notre équipe étudie l’épiderme cilié de l’embryon de l’amphibien xénope qui offre des avantages inégalés pour aborder cette question. Ainsi, nous avons identifié plusieurs mécanismes présidant à la formation des cellules multiciliées qui sont conservés entre la grenouille et l’homme.

L’embryon de xénope se prête facilement à l’analyse de la fonction des gènes codant des protéines ainsi qu’à celle des ARNs non-codants (microARNs, longs ARNs non-codants), grâce à la micro-injection d’ARN messagers ou d’oligonucléotides antisens morpholinos, dès la fécondation. L’épiderme cilié est particulièrement bien adapté à l’analyse fonctionnelle, puisqu’il peut être ciblé spécifiquement et se trouve à la surface de l’embryon, facilitant grandement l’imagerie par microscopie à fluorescence ou électronique. Ce tissu peut également être facilement exposé à des composés pharmacologiques ou à des protéines recombinantes à divers stades de son développement, et soumis à la transgénèse pour suivre et manipuler les différents types de cellules qui le composent.

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Coupe transversale d’un embryon au stade bourgeon caudal. Les noyaux sont marqués en bleu au DAPI. Les cellules basales sont marquées avec un anticorps dirigé contre P63 en blanc. Les cellules multiciliées sont marquées par hybridation in situ fluorescente contre le mRNA de la tubuline-alpha en vert. Les ionocytes sont marquées par hybridation in situ fluorescente contre le mRNA de l’ATPase V1A en rouge.

La ciliogénèse est aujourd’hui reconnue comme un processus biologique central au cours du développement et dans le fonctionnement physiologique des organismes. Des défauts de ciliogénèse sont à la base de nombreuses pathologies, collectivement appelées ciliopathies. Les cils peuvent être motiles pour produire des flux de liquides biologiques, ou incapables de mouvements et ils servent alors d’antennes de réception sensorielle ou de plateformes de signalisation. La ciliogénèse est un processus complexe qui mobilise des centaines de protéines distinctes. La complexité est encore accrue dans le cas des cellules multiciliées qui nécessitent un remodelage important du réseau microtubulaire et la multiplication d’un facteur 20 de l’aire de la membrane cellulaire apicale.

Dans certaines maladies respiratoires chroniques, la régénération de l’épithélium mucociliaire de surface est important pour l’amélioration des symptômes. De ce point de vue, la compréhension des mécanismes qui gouvernent la production de cellules multiciliées est un problème fondamental avec des implications biomédicales évidentes.

L’épiderme de l’embryon du xénope contient un épithélium mucociliaire, qui ressemble de près à celui qui tapisse nos voies respiratoires. Dans les deux cas, l’épithélium est composé de cellules sécrétrices de mucus et de cellules multiciliées et constitue la première barrière de défense contre les germes et les polluants extérieurs. Chez le xénope, l’épithélium mature est mis en place au terme de quatre étapes successives :

Les quatre étapes de la formation de l’épithélium cilié.

Notre équipe étudie les étapes 2 à 4: 2. La spécification des différents types cellulaires présents dans l’épiderme embryonnaire. 3. L’insertion des précurseurs des cellules ciliées dans la couche épithéliale de surface. 4. La différenciation des cellules ciliées. Nous focalisons notre attention sur les rôles joués par les voies de signalisation et les microARNs, puisque les premières contrôlent souvent les destinées cellulaires alors que les seconds contrôlent souvent les transitions développementales et la différenciation.  Notre but à long terme est de produire une vision intégrée des mécanismes nécessaires à la construction et au maintien de l’épithélium mucociliaire fonctionnel, qui sont conservés chez l’Homme.