Entre homéostasie et développement, quelles stratégies pour régénérer ?

Between homeostasis and development, which strategies to regenerate?

Brigitte Galliot

Département de Génétique et Évolution, Faculté des Sciences, Université de Genève, 4 boulevard d’Yvoy, 1211 Genève 4, Suisse

Auteur correspondant : Brigitte Galliot, brigitte.galliot@unige.ch

Reçu : 19 Novembre 2010

Résumé

L’Hydre d’eau douce fournit un modèle très performant pour identifier les mécanismes qui sous-tendent la régénération d’un animal adulte, en particulier ceux qui, suffisamment robustes, ont été maintenus au cours de l’évolution. Après bissection à mi-corps, la régénération de la tête de l’Hydre est déclenchée par une vague de mort cellulaire massive suivie d’une prolifération compensatoire via l’activation de la cascade Wnt3 par les cellules apoptotiques. Ce processus pourrait représenter l’un des mécanismes de déclenchement de la régénération conservés au cours de l’évolution. Cependant la route suivie pour régénérer une structure aussi complexe que la tête varie suivant le niveau de bissection de l’animal. En effet, après décapitation, l’Hydre n’utilise pas l’apoptose inductrice de prolifération compensatoire pour régénérer sa tête. Or la densité en cellules souches varie significativement entre ces deux positions, suggérant que l’état cellulaire du tissu blessé influence le processus de régénération. À partir de ces observations, nous proposons un modèle tri-modulaire de la régénération, composé d’un « module initial de réparation de la blessure », suivi d’un module transitionnel nommé « module inducteur de la régénération », nécessaire au recrutement du troisième module, « module de re-développement » qui reforme la structure manquante. Parmi ces trois modules successifs, le module inducteur de la régénération est le plus fortement contraint par l’état homéostatique du tissu ou de l’organe au moment de la blessure et donc le plus variable.

Abstract

The Hydra model system is well suited to decipher the mechanisms underlying adult regeneration, specifically those that were robust enough to be maintained across evolution. After mid-gastric bissection head regeneration in Hydra relies on apoptosis-induced compensatory proliferation via the release of Wnt3 by the apoptotic interstitial cells and activation of the β-catenin pathway in the surrounding cycling interstitial cells. As apoptosis-induced compensatory proliferation is also at work in Drosophila regenerating imaginal discs, Xenopus tadpole regenerating their tail and mice regenerating their skin or their liver, this mechanism might represent an evolutionarily-conserved way to launch a regenerative response. However after decapitation, the analysis of the activation of the canonical Wnt pathway in decapitated Hydra showed that apoptosis-induced compensatory proliferation does not take place in this context. Given that the proportion of interstitial stem cells is significantly higher in the middle part than in the upper part of the body column, this suggested that the route taken to regenerate a structure as complex as the head dramatically varies according to the homeostatic status of the tissue at the time of injury. From these observations, we propose a tri-modular model for animal regeneration where the first module or “wound healing module” is followed by a transient module named “inducing module of regeneration” that allows the recruitment of the third module named “re-development module”, necessary for repatterning the missing structure. We claim that among these three modules, the inducing module of regeneration is the most drastically constrained by the homeostatic conditions of any given tissue or organ at the time of injury and therefore the most variable.