Comment le corps vieillit réellement : 7 millions de cellules cartographiées dans 21 organes
Vieillir entraîne un risque plus élevé de maladies graves telles que le cancer, les maladies cardiaques et la démence. Pendant des années, les chercheurs se sont attaqués à ces conditions individuellement. Aujourd’hui, de nombreux scientifiques prennent du recul pour poser une question plus large. Au lieu de traiter les maladies une par une, ralentir le processus de vieillissement pourrait-il réduire le risque d’en avoir plusieurs à la fois ? Pour répondre à cette question, ils doivent d’abord comprendre ce qui déclenche les changements biologiques qui surviennent avec l’âge.
Une nouvelle étude publiée dans Science offre un regard sans précédent sur ce processus. Des chercheurs de l’Université Rockefeller ont construit l’atlas le plus détaillé à ce jour sur la façon dont le vieillissement affecte des milliers de sous-types de cellules dans 21 tissus de mammifères. En examinant près de 7 millions de cellules individuelles provenant de souris à trois âges différents, l’équipe a identifié quelles cellules sont les plus vulnérables au fil du temps et quels facteurs pourraient être à l’origine de leur déclin.
“Notre objectif était de comprendre non seulement ce qui change avec le vieillissement, mais aussi pourquoi”, explique Junyue Cao, qui dirige le Laboratoire de génomique unicellulaire et de dynamique des populations. “En cartographiant les changements cellulaires et moléculaires, nous pouvons identifier les causes du vieillissement. Cela ouvre la porte à des interventions ciblant le processus de vieillissement lui-même.”
L’une des découvertes les plus frappantes est que de nombreux changements liés à l’âge se produisent de manière synchronisée dans plusieurs organes. Les chercheurs ont également constaté que près de la moitié de ces changements diffèrent entre les hommes et les femmes.
Un recensement cellulaire massif dans 21 organes
Pour cartographier le vieillissement à cette échelle, l’équipe de Cao, dirigée par l’étudiant diplômé Ziyu Lu, a affiné une méthode connue sous le nom d’ATAC-seq unicellulaire. Cette approche examine la manière dont l’ADN est conditionné à l’intérieur de chaque cellule, révélant quelles régions du génome sont accessibles et actives, un indicateur clé de l’état et de la fonction d’une cellule.
Les chercheurs ont appliqué cette technique à des millions de cellules individuelles prélevées dans 21 organes de 32 souris à trois âges : un mois (jeune adulte), cinq mois (d’âge moyen) et 21 mois (personnes âgées).
“Ce qui est remarquable, c’est que l’intégralité de cet atlas a été générée par un seul étudiant diplômé”, explique Cao. “La plupart des grands atlas comme celui-ci nécessitent de grands consortiums comprenant des dizaines de laboratoires, mais notre méthode est bien plus efficace que les autres approches.”
Au total, le laboratoire a identifié plus de 1 800 sous-types cellulaires distincts, dont de nombreux groupes rares qui n’avaient jamais été entièrement décrits. L’équipe a ensuite suivi l’évolution du nombre de ces cellules à mesure que les souris passaient de l’âge adulte à l’âge moyen, puis à la vieillesse.
Changements cellulaires précoces et coordonnés
Pendant des décennies, les scientifiques ont cru que le vieillissement modifiait principalement le fonctionnement des cellules, et non le nombre de cellules de chaque type. Cette nouvelle analyse remet en question ce point de vue. Environ un quart de tous les types de cellules ont présenté des changements d’abondance significatifs au fil du temps. Certaines populations de cellules musculaires et rénales ont fortement diminué, tandis que les cellules immunitaires se sont considérablement développées.
“Le système est bien plus dynamique que nous le pensions”, explique Cao. “Et certains de ces changements commencent étonnamment tôt. À l’âge de cinq mois, certaines populations cellulaires avaient déjà commencé à décliner. Cela nous indique que le vieillissement n’est pas seulement quelque chose qui se produit tard dans la vie ; c’est une continuation de processus de développement en cours.”
La synchronisation de ces changements est tout aussi surprenante. Des états cellulaires similaires ont augmenté et diminué ensemble dans différents organes. Cette tendance suggère que des signaux partagés, éventuellement des facteurs circulant dans la circulation sanguine, aident à coordonner le vieillissement dans tout le corps.
L’étude a également révélé des différences prononcées entre les hommes et les femmes. Environ 40 pour cent des changements associés au vieillissement variaient considérablement selon le sexe. Par exemple, les femmes ont montré une activation immunitaire beaucoup plus large à mesure qu’elles vieillissaient.
“Il est possible que cela explique la prévalence plus élevée des maladies auto-immunes chez les femmes”, spécule Cao.
Points chauds génétiques et futures thérapies anti-âge
Au-delà de compter l’évolution des populations cellulaires, les chercheurs ont examiné comment les régions accessibles de l’ADN ont changé au sein de ces cellules au fil du temps. Sur 1,3 million de régions génomiques analysées, environ 300 000 présentaient des altérations significatives liées au vieillissement. Environ 1 000 de ces changements sont apparus dans de nombreux types de cellules différents, renforçant l’idée selon laquelle des programmes biologiques communs sont à l’origine du vieillissement dans l’ensemble du corps. Beaucoup de ces régions partagées étaient liées à la fonction immunitaire, à l’inflammation ou au maintien des cellules souches.
“Cela remet en question l’idée selon laquelle le vieillissement n’est qu’une dégradation génomique aléatoire”, explique Cao. “Au lieu de cela, nous voyons des points chauds réglementaires spécifiques qui sont particulièrement vulnérables, et ce sont précisément les régions que nous devrions étudier si nous voulons comprendre ce qui motive le processus de vieillissement.”
Lorsque l’équipe a comparé ses résultats avec des recherches antérieures, elle a découvert que des molécules de signalisation immunitaire appelées cytokines peuvent déclencher bon nombre des mêmes changements cellulaires observés au cours du vieillissement. Cao suggère que les médicaments conçus pour ajuster ces cytokines pourraient potentiellement ralentir les processus de vieillissement coordonnés dans plusieurs organes.
“C’est vraiment un point de départ”, dit Cao. “Nous avons identifié les types de cellules vulnérables et les points chauds moléculaires. La question est maintenant de savoir si nous pouvons développer des interventions ciblant ces processus de vieillissement spécifiques. Notre laboratoire travaille déjà sur cette prochaine étape.”
L’atlas complet du vieillissement est accessible au public à l’adresse epiage.net.
