La transdifférenciation est le processus par lequel des cellules somatiques matures sont transformées en d'autres sans passer par une phase pluripotente ou par une . La transdifférenciation est un processus comparable à celui de la différenciation de cellule, donc qui requiert une combinaison de plusieurs gènes sélecteurs et homéotiques qui permettent de déterminer le patron de développement. Les gènes sélecteurs permettent aux cellules de bien se positionner et d’avoir une forme précise. Les gènes homéotiques, quant à eux, sont chargés de placer les organes aux bons endroits lors du développement de l’organisme. Ces gènes sont en fait responsables de coder des facteurs de transcription qui activent ou désactivent d’autres gènes. Ainsi, cela signifie que la combinaison des gènes homéotiques et sélecteurs qui avait été déterminée lors du développement ait changé de manière drastique. Par conséquent, les facteurs de transcription ayant été modifiés permettraient aux cellules de se transformer.
Ce phénomène peut être causé par plusieurs facteurs. Il est possible qu’il y ait eu tout simplement une mutation dans les gènes homéotiques. Cependant, il est aussi probable que l’environnement de la cellule ait une influence sur celles qui sont susceptibles à se transformer. En effet, lorsqu’un stress affecte une cellule, celle-ci pourrait pallier certaines contraintes en changeant de fonction afin de rendre l’organisme plus apte à surmonter la situation.
Lorsqu'une cellule est transdifférenciée, celle-ci peut soit passer d’une cellule dite progénitrice avec une fonction bien précise pour se transformer en une cellule dite descendante ayant une tout autre fonction, ou bien passer par un stade intermédiaire, une cellule souche. Les cellules étant déjà spécialisée peuvent se changer beaucoup moins facilement que les cellules souches. La deuxième option implique alors une dédifférenciation ainsi qu’une division, ce qui l’allonge comparativement à la première. La prédisposition naturelle à avoir des cellules pouvant se transdifférencier est un caractère héritable.
La transdifférenciation peut mener à la métaplasie, c’est-à-dire la transformation d’un tissu, qui peut autant constituer des avantages que des inconvénients. Elle peut mener à la néoplasie qui implique la croissance de tissus pouvant être nuisibles pour l’organisme et qui est à l’origine de certains cancers. Cependant, elle peut aussi être associée avec la régénération de tissu lorsque celui-ci est endommagé. Ce phénomène peut ainsi remédier à beaucoup de maladies, telles que le Parkinson, les maladies de cœur et le diabète.
Découverte
En 1987, Davis et al reportent le premier cas de transdifférenciation où une cellule a changé d'un type de cellule adulte à un autre. En forçant les fibroblastes embryonnaires de souris à exprimer le facteur MyoD, cela a été démontré suffisant pour les changer en myoblastes.
Chez les mammifères vignette|Cellule nerveuse comprenant un axone et une gaine de myéline La transdifférenciation est un phénomène peu présent chez les mammifères, mais certaines études laissent à croire qu’il pourrait avoir quelques cas existants chez certaines espèces. Une des théories les plus étudiées serait le changement des muscles lisses et squelettiques se trouvant dans l’œsophage des souris. Les muscles squelettiques peuvent être contrôlés de manière volontaire alors que les muscles lisses ne le peuvent pas. En effet, lors des premiers jours du développement, l’œsophage ne contient que des muscles lisses et lors du stade adulte, la structure est composée de trois couches, dont une couche constituée de cellules de muscles squelettiques. Il a été démontré que quelques cellules présentes lors des premiers jours postnataux possédaient des caractéristiques intermédiaires, c’est-à-dire des facteurs de régulation myogénique (MRF5, MyoD, MRF4 et de la myogénine) appartenant à des cellules squelettiques, alors qu’elles devraient être lisses. Cela forme alors l’hypothèse que ces cellules n’étaient pas premièrement destinées à être squelettiques et qu’elles ont ainsi subi une transdifférenciation afin de permettre faciliter le passage de la nourriture dans l’œsophage. Cependant, cette théorie s’est révélée fausse.
Un autre exemple serait celui de la régénération des cellules nerveuses. Les cellules de Schwann, c’est-à-dire celles qui font partie de la gaine de myéline, se dédifférencient et perdent leur fonction juste avant de se diviser pour remédier à une perte de tissu nerveux périphérique. Ensuite, elle se redifférencient en axones.
Toutefois, la plupart des cas retrouvés de transdifférenciation des mammifères sont effectués artificiellement.
Transdifférenciation du pancréas et du foie Plusieurs espèces présentent de la transdifférenciation au niveau de ces deux organes et cela est dû au fait qu’ils possèdent chacun beaucoup de différents types de cellules, qui ont été différenciées à partir des cellules endodermes dès les premiers stades du développement, même si elles n’étaient pas toutes situés au même endroit. Ainsi, elles possèdent un différent pouvoir de régénération.
Régénération du pancréas à partir de cellules pancréatiques La régénération des tissus endommagés du pancréas est un phénomène étudié surtout chez les rats. Une étude a démontré qu’après avoir détruit 90 % du pancréas, celui-ci était capable de régénérer des tissus endocrines et exocrines, donc des glandes permettant de créer des hormones propres au pancréas, à partir de cellules acinaires, un autre type de cellules sécrétant des hormones digestives, ainsi qu’avec des cellules souches retrouvées dans les tissus ductaux, qui sécrètent des hormones pour maintenir le pH du pancréas. Donc, même si toutes ces cellules font partie de tissus permettant de sécréter des hormones, ils possèdent une différente conformation et elles doivent donc se transdifférencier. Aussi, une destruction des cellules bêta causée par le diabète créait des îlots dans le pancréas des rats. Ceux-ci ont remédié à la situation en effectuant une transdifférenciation des cellules ductales en cellules bêta.
Régénération du pancréas à partir de cellules hépatiques Après avoir effectué une diète réduisant la quantité de cuivre, un métal ayant une influence directe favorisant le fonctionnement du pancréas suivie d’une transplantation de cellules hépatiques dans des rats d’expérimentation, certains scientifiques, dirigés par J.K. Reddy, ont testé la régénération du pancréas. Après quelques semaines suivant l’expérimentation, on remarquait que les cellules acinaires avaient été grandement réduites, alors que des cellules épithéliales et des cellules ovales, des cellules de régénération du foie, étaient présentes. Elles ont été transdifférenciées à partir des cellules nommées hépatocytes, qui sont des cellules du parenchyme du foie. Il est toutefois important de tenir en compte le fait que les cellules transplantées étaient transgéniques et enrichies pour former des cellules pancréatiques descendantes.
De plus, il a récemment été démontré que les cellules hépatiques peuvent développer certains gènes permettant de régulariser les cellules pancréatiques. Il existe le gène Pancreatic, qui permet de convertir les cellules, mais aussi le gène pdx1, faisant partie de l’homéoboîte duodénale et codant le facteur de transcription PDX1. Ce dernier est crucial lors du développement du pancréas, car il permet de régulariser les cellules Bêta et ainsi permettre à l’organisme de produire de l’insuline pour digérer. Donc, si le foie est en mesure de créer ces différents gènes, il y a bel et bien une transdifférenciation.
Régénération du foie à partir de cellules pancréatiques Ce processus est beaucoup moins fréquent que le processus précédent, mais il arrive toutefois que le foie peut se régénérer à partir des cellules pancréatiques lorsqu’il est traité avec des biphényles polychlorés pour les rats. Le pancréas possède des tissus pouvant former des hormones dites exocrines, donc qui créent des hormones destinées à l’extérieur de l’organisme. La plupart des cas de régénération du foie à partir du pancréas se sont produits à base d’hormones exocrines. Cependant, dans la plupart des cas, les cellules qui se transdifférencient conduisent à des tumeurs ou des dommages tissulaires.
Dans certains cas, lorsque traités avec des conditions bien précises, les tissus du pancréas et du foie peuvent se transdifférencier en tissus intestinaux.
Transdifférentiation des cellules de l’estomac et de l'intestin De manière naturelle, il peut y avoir des cellules qui se transdifférencient de l’estomac et de l’intestin chez les mammifères, mais ces types de métaplasie entraînent souvent des néoplasies.
Comme ce sont deux organes qui sont directement en contact dans le système digestif, ils partagent le même tissu épithélial étant à la base de la formation de cellules multipotentes destinées à être gastriques ou intestinales. Deux différents éléments le composent, les glandes et les cryptes de Lieberkühn qui forment respectivement les cellules de l’estomac et de l’intestin. Les cellules souches gastriques sont situées près de la glande, alors que les cellules souches intestinales sont situées directement au-dessous de la crypte. Les cellules générées sont les cellules entéroendocrines, les cellules caliciformes, entérocytes, qui migrent après s’être différenciées. Il existe aussi les cellules de Paneth, qui, elles, restent à la base de la crypte. Ces cellules sont très actives et possèdent un renouvellement extrêmement rapide, soit de 2 à 7 jours, ce qui fait en sorte qu’elles sont plus susceptibles d’être altérées si une erreur génétique subvenait.
Lorsqu’il y a des cellules intestinales développées dans des tissus de la muqueuse gastrique, il y a présence de métaplasie intestinale. Cela signifie alors que des cellules souches gastriques destinées à former l’estomac se sont transdifférenciées en cellules intestinales. Il existe deux types de métaplasie intestinale, la métaplasie complète et incomplète. Dans le cas de la métaplasie complète, toutes les types de cellules intestinales sont présentes à la suite de la transdifférenciation alors qu’il n’y a que des cellules de caliciformes et des cellules colonnaires, des cellules faisant partie de l’épithélium, pour la métaplasie incomplète. Peu importe le type de métaplasie, celle-ci augmente nettement les chances de l’individu de souffrir d’un carcinome gastrique qui peut ensuite entraîner le cancer de l’estomac.
Ce type de métaplasie peut être soit causé par un changement environnemental ou expliqué par une erreur de variation génétique. Cela peut, notamment avoir été occasionné par la bactérie Helicobacter pylori qui, après avoir infecté un tissu, cause des lésions dans les tissus de l’estomac. Ainsi, cela augmente les risques de la métaplasie intestinale, puisque les cellules souches gastriques subissant un stress auront une plus grande tendance à se différencier en tissu intestinal.
Les facteurs de transcription en jeu sont les facteurs Cdx1 et Cdx2 qui sont formés par les gènes de l’homéoboîte caudale cdx1 et cdx2. Ces deux gènes permettent la différenciation, le développement et l’entretien durant les phases plus tardives des cellules intestinales. Ainsi, lorsqu’il y a une mutation dans le code de ces gènes, les facteurs de transcription qui en découlent effectuent des processus différents, ce qui est à la base de la métaplasie intestinale. On les retrouve dans l’Estomac des organismes qui ont subi une transdifférenciation des cellules de l’estomac, alors qu’ils ne devraient que se situer dans l’intestin.
Chez les amphibiens