Nageoire caudale du poisson zèbre comme modèle pour étudier le rôle des probiotiques dans la régénération osseuse

Rapports scientifiques volume 12, Numéro d'article : 8057 (2022) Citer cet article

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Les probiotiques sont des micro-organismes vivants qui confèrent plusieurs effets bénéfiques à l’hôte, notamment l’amélioration de la minéralisation osseuse. Cependant, l’action des probiotiques sur la régénération osseuse n’est pas bien étudiée et nous avons donc analysé divers effets du traitement probiotique sur la régénération de la nageoire caudale du poisson zèbre. L'analyse morphologique a révélé une zone régénérée accrue avec des segments de lépidotriches plus courts et plus épais après traitement probiotique. L'analyse d'imagerie par spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier a mis en évidence la répartition des groupes phosphate dans les nageoires régénérées et le groupe probiotique a montré des quantités plus élevées d'hydroxyapatite bien cristallisée. À mi-chemin (5 jours après l'amputation) de la régénération, les probiotiques étaient capables de moduler diverses étapes de différenciation des ostéoblastes, comme le confirme la régulation positive de certains gènes marqueurs clés tels que runx2b, sp7, col10a1a, spp1 et bglap, en plus de supprimer l'activité des ostéoclastes, comme en témoigne de la régulation négative de ctsk. Les probiotiques ont également provoqué une amélioration du cycle cellulaire en régulant l'expression de gènes impliqués dans les voies de signalisation de l'acide rétinoïque (rarga, cyp26b1) et de la Wnt/β-caténine (ctnnb1, ccnd1, axin2, sost), et ont également modulé l'homéostasie du phosphate en augmentant les niveaux d'entpd5a. . Ces résultats ouvrent de nouvelles perspectives pour l’utilisation des probiotiques comme traitement prophylactique pour accélérer la régénération osseuse et améliorer la santé du squelette dans les domaines de l’aquaculture et du biomédical.

Les probiotiques sont des microbes bénéfiques qui peuvent exercer de nombreux avantages pour la santé de l'hôte, notamment des effets sur le métabolisme osseux, comme l'ont rapporté divers modèles animaux tels que la volaille et les rongeurs1,2,3. De plus, dans le modèle du poisson zèbre, peu d’études ont clairement démontré le rôle des probiotiques dans l’accélération de la squeletogenèse et de la minéralisation4,5. L'administration de probiotiques module essentiellement le microbiome de l'hôte6, ce qui affecte le métabolisme osseux de nombreuses manières possibles, notamment la production de métabolites7, les voies interactives hormonales, les réponses ostéo-immunologiques8 ou via la synthèse de vitamines9. De nombreuses espèces de probiotiques telles que Bacillus subtilis sont connues pour produire des vitamines aux propriétés ostéogéniques telles que la vitamine K210.

La nageoire caudale du poisson zèbre est devenue un système modèle très efficace pour étudier les mécanismes de base de la régénération tissulaire. Dans des conditions de laboratoire, il présente plusieurs avantages d'étude tels qu'un suivi facile en direct, l'accessibilité des nageoires et l'absence d'effets néfastes majeurs provoquant une amputation sur le poisson11. Le poisson zèbre, en tant que modèle génétique pour la régénération osseuse, offre la valeur supplémentaire de traduire les résultats dans une perspective biomédicale dans les médecines régénératives humaines12,13. L'expression d'orthologues d'acteurs moléculaires ostéogéniques importants chez les mammifères, tels que la β-caténine, a été détectée dans la nageoire en régénération, en plus des orthologues de ses cibles en aval . Le poisson zèbre régénère les nageoires caudales amputées en créant des cellules blastémiques restreintes à la lignée 17,18. Après une amputation partielle, la nageoire comportant des rayons osseux et du tissu mou entre les rayons se régénère de manière très robuste grâce à l'établissement de blastèmes, qui sont des populations de cellules progénitrices mésenchymateuses restreintes à une lignée formées par la dédifférenciation de cellules de souche matures . Le pool d'ostéoblastes dédifférenciés du blastème prolifère, se re-différencie exclusivement en ostéoblastes non proliférants et dépose une matrice osseuse au cours de la progression de la régénération19. Ces étapes de différenciation se distinguent par divers marqueurs du stade ostéoblastique tels que le facteur de transcription 2b de la famille RUNX (runx2b) pour les progéniteurs d'ostéoblastes vers la partie distale du blastème proximal, suivi du facteur de transcription sp7 (sp7 ou osterix) positif pour les ostéoblastes et enfin le gamma-carboxyglutamate osseux ( gla) protéine (bglap ou ostéocalcine) ostéoblastes matures positifs à l'extrémité proximale21. La réexpression de sp7 et la diminution de bglap se révèlent être les indicateurs de la dédifférenciation des cellules du blastème au cours de la régénération22. Plusieurs autres voies de signalisation, notamment la RA (acide rétinoïque)23 et la Wnt/β-caténine24,25, ont été identifiées comme étant essentielles à la régénération des nageoires.