Différenciation

La différenciation cellulaire est le processus par lequel une cellule acquiert des caractères structuraux et des fonctions spécialisés. Au cours du développement, elle produit des types cellulaires distincts à partir de cellules initialement moins spécialisées. Elle repose notamment sur des programmes d’expression des gènes : l’identité d’une cellule ne dépend donc pas seulement du génome qu’elle partage avec d’autres cellules somatiques.

Identité et trajectoire cellulaire

Des signaux reçus pendant le développement orientent le devenir des cellules. Les gènes exprimés et les protéines produites évoluent avec la forme, les fonctions et l’organisation du tissu. Ces changements peuvent concerner plusieurs caractères à la fois ; un seul marqueur ne décrit pas nécessairement toute l’identité acquise.

La différenciation se distingue de la prolifération. Une cellule spécialisée peut conserver la capacité de se diviser, tandis qu’un arrêt du cycle cellulaire ne suffit pas à établir sa spécialisation. L’origine d’une cellule et son état au moment de l’observation sont également deux informations différentes : une ressemblance entre cellules ne démontre pas qu’elles proviennent de la même lignée.

Étude chez le poisson-zèbre

Pendant le développement de l’embryon, la différenciation participe à la formation des tissus et des organes, notamment du système nerveux et de l’intestin. Des études sur le poisson-zèbre, Danio rerio, ont reconstruit des trajectoires de différenciation à partir de l’expression des gènes mesurée dans des cellules individuelles. Le rapprochement avec leur position et leur origine permet d’étudier le passage entre états cellulaires.

Une trajectoire déduite de profils transcriptionnels reste une reconstruction. Le traçage des lignées apporte une information complémentaire sur les descendants d’une cellule. Dans l’étude de Wagner et ses collègues, des lignées indépendantes pouvaient converger vers des états semblables. Farrell et ses collègues ont aussi décrit une plasticité de certains états de spécification embryonnaire.

Ces résultats n’impliquent pas que toute cellule mature puisse changer librement d’identité. La plasticité dépend du stade, du type cellulaire et des conditions étudiées. Morphologie, localisation, expression génique et fonction sont confrontées pour caractériser un état différencié et distinguer une transition observée d’une possibilité simplement supposée.