Des scientifiques de l'Université Rockefeller à New York ont produit l'atlas cellulaire du vieillissement le plus détaillé jamais réalisé, en profilant environ sept millions de cellules individuelles prélevées dans 21 organes de souris. L'étude, publiée le 28 février dans la revue Science, révèle que le vieillissement n'est pas un processus de dégradation génomique aléatoire, mais plutôt un programme biologique coordonné piloté par des signaux systémiques qui remodèlent simultanément les populations cellulaires dans l'ensemble du corps. La recherche a été dirigée par Junyue Cao, responsable du Laboratoire de génomique unicellulaire et de dynamique des populations, avec l'étudiant doctorant Ziyu Lu comme premier auteur.
L'équipe a utilisé une technique optimisée appelée EasySci-ATAC, une forme de séquençage de l'accessibilité de la chromatine unicellulaire qui examine comment l'ADN est conditionné à l'intérieur de chaque cellule. En analysant quelles régions du génome sont ouvertes et activement lues, les chercheurs ont cartographié l'état fonctionnel de chaque cellule dans trois groupes d'âge portant sur 32 souris, allant d'un mois à 21 mois. La méthode s'est révélée remarquablement efficace, Cao soulignant que la plupart des atlas à grande échelle nécessitent des dizaines de laboratoires, alors que son équipe a accompli ce travail avec un seul laboratoire.
L'atlas a identifié 536 types cellulaires distincts et 1 828 sous-types plus fins, dont beaucoup n'avaient jamais été caractérisés auparavant. Environ un quart de tous les types cellulaires présentaient des changements significatifs de population avec l'âge, les cellules musculaires, rénales et pulmonaires affichant les déclins les plus marqués. En revanche, les cellules immunitaires se sont développées de manière spectaculaire dans plusieurs organes à mesure que les animaux vieillissaient, un schéma particulièrement prononcé chez les femelles. Les chercheurs ont constaté qu'environ 40 pour cent de tous les changements cellulaires liés au vieillissement étaient dépendants du sexe, une découverte qui pourrait expliquer pourquoi les maladies auto-immunes sont plus fréquentes chez les femmes.
L'une des découvertes les plus frappantes est que des états cellulaires identiques apparaissaient et déclinaient en parallèle dans des organes éloignés et sans lien entre eux. Ce schéma de vieillissement coordonné suggère que des facteurs circulant dans le sang, tels que les cytokines et d'autres molécules de signalisation immunitaire, orchestrent les changements cellulaires dans tout le corps plutôt que chaque organe ne vieillisse indépendamment. L'étude a également remis en question les hypothèses conventionnelles sur le début du vieillissement, certaines populations cellulaires montrant déjà un déclin mesurable dès cinq mois chez la souris, ce qui correspond approximativement à l'âge moyen chez l'humain.
Sur les 1,3 million de régions génomiques analysées, environ 300 000 ont montré des changements significatifs liés au vieillissement dans l'accessibilité de la chromatine. Environ 1 000 de ces altérations apparaissaient de manière cohérente dans plusieurs types cellulaires, indiquant des programmes régulateurs partagés liés à la signalisation immunitaire, à l'inflammation et au maintien des cellules souches. Ces régions génomiques vulnérables partagées représentent des cibles potentielles pour des interventions thérapeutiques qui pourraient produire des bénéfices anti-vieillissement à l'échelle du corps entier.
L'atlas complet a été mis gratuitement à la disposition de la communauté scientifique mondiale via la base de données publique epiage.net. La recherche a été financée par les National Institutes of Health américains, à travers des subventions du National Human Genome Research Institute et du National Institute on Aging. Les scientifiques du domaine ont qualifié ce travail de ressource fondamentale susceptible d'accélérer le développement de biomarqueurs pour détecter le vieillissement biologique avant l'apparition de symptômes cliniques, ainsi que d'approches de médecine de précision tenant compte des différences liées au sexe dans le processus de vieillissement.
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