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La vue commence lorsque la lumière rebondit sur la surface et entre dans nos yeux. Les muscles de nos pupilles contrôlent la quantité de lumière qui passe, et la cornée et le cristallin la plient et la focalisent sur la rétine – une mince bande de tissu recouverte de millions de neurones sensibles à la lumière, ou photorécepteurs.

Des rétines développées en laboratoire

Ces cellules nerveuses, appelées ainsi à cause de la manière dont elles sont façonnées – comme des bâtonnets et des cônes – convertissent la lumière en signaux électriques, puis les transmettent via le nerf optique aux centres visuels du cerveau. Un article publié dans Science utilise une rétine développée à l’extérieur du corps pour montrer comment les cônes se développent pour capter les couleurs.

Notre vision diurne dépend des cônes car ils répondent mieux à la lumière vive (par opposition aux bâtonnets, qui sont sensibles à une faible luminosité). Les cellules en forme de pyramide sont de trois types: bleu, vert et rouge, chacune nommée d’après les couleurs de la lumière qu’elles sont capables de détecter.

Nous avons besoin des trois récepteurs pour voir les nombreuses nuances de notre environnement. La cause la plus commune de daltonisme – qui affecte environ 8% des hommes et 0,5% des femmes d’ascendance nord-européenne – est provoquée par un défaut héréditaire des cônes rouges ou verts, entraînant une perte réduite ou totale de la capacité de voir les deux couleurs détectées par ces cellules.

Un processus fait de trois étapes

Robert Johnston, biologiste du développement à l’Université Johns Hopkins, et ses collègues souhaitaient comprendre comment, précisément, les cellules en développement de l’œil humain décidaient de devenir bleues, vertes ou rouges. Des recherches antérieures avaient fourni de gros indices, montrant que ce processus se déroulait par étapes – les cellules bleues venaient en premier, puis les rouges et les vertes – et que l’hormone thyroïdienne, une molécule sécrétée par la glande thyroïde dans le cou, faisait partie de ce processus.

Mais nombre de ces études avaient été menées sur des animaux, tels que des poissons, des poulets et des souris, en raison du défi éthique évident que représentait l’expérimentation sur des tissus humains. Bien que les chercheurs puissent étudier les rétines provenant de fœtus décédés, il est presque impossible d’obtenir des échantillons pendant certaines périodes de développement précoce.

Pour surmonter cette limitation, l’équipe de Johnston a décidé d’utiliser des cellules-souches humaines pour la culture de minis rétines, ou organoïdes rétiniens, en laboratoire. Ils ont ensuite laissé ces organes miniatures mûrir dans un plat pendant neuf mois à un an. «Nous les avons laissé grandir pour le temps qu’il faut chez un nourrisson pour qu’ils soient matures.», explique-t-il.

À la fin de la maturation, les minis-rétines ressemblaient remarquablement à de véritables rétines humains. Les chercheurs ont découvert des similitudes dans la forme des cellules coniques, leur répartition dans les tissus et la production de diverses protéines. En examinant de près les cellules du cône pendant leur croissance dans les organoïdes rétiniens, l’équipe a découvert, pour la première fois dans un tissu humain, la séquence des événements qui déclenche le développement de cellules-souches dans les divers types de cellules du cône.

Les cellules ont commencé à se transformer en cônes bleus – entre 11 et 34 semaines après le début de la croissance de la rétine – puis les cônes rouge et vert sont apparus peu de temps après. «La rétine développée en laboratoire résume très bien le développement chez l’humain», a déclaré Kiara Eldred, co-auteur de l’étude, doctorante au laboratoire de Johnston. « C’était passionnant de savoir qu’il s’agissait d’un bon système pour étudier le développement chez l’humain. »

L’hormone thyroïdienne était nécessaire pour activer ce processus

Ils ont également découvert que l’hormone thyroïdienne était nécessaire pour activer ce processus. Lorsque les chercheurs ont utilisé un outil d’édition de gènes pour éliminer le récepteur sur lequel l’hormone avait agi, ils ont créé des minis rétines avec uniquement des cellules bleues. D’autre part, ils ont constaté que l’ajout de plus d’hormones thyroïdiennes au début du développement avait provoqué la production presque exclusivement d’organoïdes verts et rouges.

« C’est vraiment une excellente biologie de base », a écrit dans un courrier électronique Thomas Reh, biologiste de l’Université de Washington qui n’a pas participé à la dernière étude. Ce travail soutient des recherches antérieures menées chez la souris. Au milieu des années 90, Reh et d’autres ont rapporté que les premières preuves que l’hormone thyroïdienne était essentielle au développement du cône des souris et des poulets.

Dans des études ultérieures, les chercheurs ont souligné le rôle joué par cette molécule dans la détermination de la distribution des cônes rouges, bleus et verts à travers la rétine. Ces observations ont même été corroborées par des observations cliniques. Quelques enquêtes cliniques ont démontré que les enfants prématurés présentant un faible taux d’hormones thyroïdiennes, développant des défauts de vision des couleurs.

«Toutes ces découvertes ont été validées par cette dernière étude», déclare Xi-Qin Ding, biologiste cellulaire au Centre des sciences de la santé de l’Université de l’Oklahoma, qui n’a également pas participé à ces travaux. Elle ajoute que des scientifiques ont également découvert que l’hormone thyroïdienne était importante pour la maintenance des cônes chez les animaux adultes et que son laboratoire avait découvert que la suppression de l’activité de cette hormone chez la souris pouvait protéger les rongeurs de la dégénérescence rétinienne.

Développer de futurs traitements

Selon Johnston, cette recherche pourrait aider à développer de futurs traitements pour des troubles oculaires tels que le daltonisme ou la dégénérescence maculaire, des lésions de la rétine liées à l’âge qui peuvent entraîner une perte de vision. Les organoïdes pourraient non seulement fournir une plate-forme pour étudier ces conditions plus en détail, mais maintenant, le fait que les scientifiques puissent contrôler les types de photorécepteurs qui se développent dans la rétine en laboratoire signifie qu’il serait possible de «transplanter ces choses directement chez des patients.

Pour l’instant, Johnston voit dans l’œil développée en laboratoire, composé de nombreux types de cellules nerveuses telles que les divers photorécepteurs et cellules ganglionnaires, un terrain d’essai idéal pour une enquête plus large sur la manière dont notre corps génère différents types de neurones.

Extrapoler ces concepts à d’autres parties du système nerveux

«De récentes données provenant de plusieurs groupes suggèrent qu’il existe des centaines de types de neurones rien que dans les yeux», a déclaré Johnston. « Pour moi, ce serait un rêve que de contribuer à comprendre comment ces neurones sont fabriqués et, si possible, à extrapoler ces concepts à d’autres parties du système nerveux. »

Source : Scientific American