Une entrevue avec John Gurdon | Développement

Votre premier article a été publié en 1954 et ne concernait pas l’embryologie mais l’entomologie. Comment est-ce arrivé?

Eh bien, ce premier article a été publié dans le magazine mensuel de l’entomologiste. Tout au long de ma jeunesse, je me suis vraiment intéressé aux insectes et je collectionnais les papillons et les papillons de nuit. Quand j’étais étudiant de premier cycle, j’aimais prendre congé et aller à Wytham Woods près d’Oxford pour voir ce que je pouvais trouver. Alors je suis sorti un jour de printemps froid et il n’y avait pas de papillons, ni de papillons de nuit, mais, de nulle part, il y avait une mouche – je l’ai attrapée, je l’ai mise dans ma bouteille et je l’ai vue. La première chose qui était évidente était que ce n’était pas une mouche, c’était un hyménoptère, mais quand j’ai essayé de l’identifier, je n’ai tout simplement pas pu déterminer ce que c’était. Je n’aime pas être vaincu, alors je suis allé au Département de l’Espoir à Oxford et ils ne savaient pas non plus ce que c’était, puis au Musée d’Histoire naturelle, où un conservateur m’a dit que, étonnamment, c’était une espèce jamais enregistrée en Angleterre auparavant! Cela irritait intensément le Département d’entomologie d’Oxford, car le professeur de l’époque avait une étude écologique majeure de tous les insectes de ces bois, et voici un étudiant qui venait de capturer la première chose qu’il pouvait trouver et de ramasser une nouvelle espèce. J’ai donc écrit quelques paragraphes annonçant la découverte, et c’est ainsi que j’en suis venu à avoir ce document.

Et avez-vous continué à vous intéresser aux insectes?

Pas vraiment de manière scientifique, même si je continue à penser que j’aimerais y revenir, principalement parce que les motifs de couleurs des lépidoptères sont si remarquables. Nous ne savons vraiment presque rien de la façon dont les motifs de couleur sont formés – chez toutes les espèces. Vous n’aurez pas de gène qui met une tache sur une aile, c’est un processus plus compliqué, y compris la diffusion de molécules. Je continue de penser que quand je prendrai ma retraite, je prendrai ça en charge, mais je n’en suis pas encore arrivé là!

Il y a un demi-siècle, vous avez commencé vos expériences de transfert nucléaire, et aujourd’hui, votre laboratoire publie toujours dessus. Pourquoi pensez-vous qu’une expérience aussi simple sur le plan conceptuel a eu une durée de conservation aussi remarquablement longue?

Lorsque je faisais ces premières expériences de transfert nucléaire – et je suis en permanence reconnaissant à mon superviseur, Michael Fischberg, de m’avoir mis sur ce travail – la question à l’époque était de savoir si toutes les cellules du corps avaient les mêmes gènes. Une façon de déterminer cela était de prendre un noyau d’un type de cellule, de le mettre dans l’œuf et de voir s’il peut se développer. Cette expérience a été conçue dès la fin du 19ème siècle: il y a un article d’un homme nommé Rauber qui décrit une expérience consistant à mettre un noyau de crapaud dans un œuf de grenouille, et dit simplement qu’il n’a pas obtenu de résultat, donc on ne sait pas s’il a fait l’expérience ou non!

Quoi qu’il en soit, dans les années 1950, Briggs et King, deux Américains, ont développé la technique de transplantation du noyau, et Fischberg a décidé que nous devrions essayer cela chez Xenopus. Il y a eu plusieurs difficultés techniques très gênantes que nous avons finalement surmontées – autant par chance que par habileté – et le résultat final a été que vous pouvez obtenir un développement essentiellement normal en prenant le noyau d’une cellule spécialisée, en l’occurrence une cellule intestinale, et en le transplantant dans un œuf énucléé. Cela dit clairement que les mêmes gènes sont présents dans tous les types de cellules.

Et puis il y a eu cet écart de 50 ans avant que Yamanaka ne développe la technique des cellules souches pluripotentes induites, qui a vraiment ouvert le champ à un potentiel clinique utile. Les expériences sur les grenouilles (et de nombreux travaux ultérieurs, y compris la génération de Dolly la brebis dans les années 1990) ont indiqué que vous pouvez inverser ou rajeunir un noyau spécialisé dès le début, mais la traduction clinique est devenue une possibilité réaliste chez l’homme seulement lorsque Yamanaka a montré que vous n’aviez pas besoin d’obtenir des œufs ou des embryons humains pour fabriquer des cellules souches. Cette idée selon laquelle vous pourriez dériver de nouvelles cellules d’un type en commençant par des cellules adultes d’un type complètement différent a évidemment fait écho à nos travaux d’un demi-siècle auparavant, mais, fait intéressant, cela n’était absolument pas évident lorsque ces premières expériences ont été faites. La « reprogrammation » n’était même pas le but des expériences. J’imagine que je n’obtiendrais pas de soutien pour poursuivre ces expériences de transfert nucléaire aujourd’hui sans leur pertinence pour la reprogrammation chez l’homme.

Alors la question est de savoir comment fonctionne ce processus? Qu’est-ce qui sous-tend la capacité de l’œuf à rajeunir un noyau? Nous avons toujours été intéressés par cette question, mais elle est devenue de plus en plus intéressante avec les expériences de Yamanaka. Et je voudrais souligner que les gens ne savent toujours pas vraiment pourquoi la procédure de Yamanaka fonctionne – même après dix ans, ils ne comprennent pas vraiment le mécanisme. Nous considérons donc, et c’est vrai, que l’œuf fait un travail plutôt meilleur pour inverser la différenciation par rapport aux facteurs de transcription surexpresseurs, et pensons donc que si vous saviez quels sont tous les composants de l’œuf et saviez comment les faire échanger avec les facteurs somatiques, vous n’auriez pas besoin des facteurs Yamanaka. C’est pourquoi nous poursuivons activement le mécanisme de reprogrammation par l’œuf, en utilisant la même procédure qu’il y a 60 ans, mais avec de nombreuses nouvelles façons de l’étudier. Pour moi, cela illustre le principe intéressant selon lequel le travail qui a été fait à un moment donné peut avoir une pertinence ultérieure, beaucoup plus grande à la lumière des progrès ultérieurs.

Nous poursuivons activement le mécanisme de reprogrammation par l’œuf, en utilisant la même procédure qu’il y a 60 ans, mais avec de nombreuses nouvelles façons de l’étudier

Et quelle est votre compréhension actuelle des mécanismes moléculaires de reprogrammation par l’œuf?

C’est presque certainement dû à une concentration élevée dans l’œuf de composants de la chromatine, en particulier d’histones. Il existe de nombreuses variantes d’histones, en termes de modification, et beaucoup de nos travaux récents ont décrit les changements d’histones imposés par l’œuf sur un noyau entrant. Ce changement de chromatine est peut–être la première étape clé – il existe une variante particulière de l’histone présente dans les œufs, ce qui est très important, et il est probable que le remplacement des composants de la chromatine adulte par ceux présents dans l’œuf est finalement ce qui contribue à provoquer le changement.

Il y a deux aspects à ce problème. La première est de savoir comment l’œuf utilise-t-il ses composants pour remplacer ceux du noyau somatique et ainsi le rajeunir? La seconde est pourquoi la reprogrammation ne fonctionne-t-elle pas parfaitement? J’aime l’illustrer comme ceci: il y a une bataille entre l’œuf, essayant de tout remettre à l’état embryonnaire, et le noyau somatique, qui est conçu pour être exactement le contraire – il est censé ne pas changer. La plupart de nos cellules ne changent pas, et il est très important que les cellules soient extraordinairement stables. Donc, l’œuf essaie d’écraser le noyau, et le noyau essaie de lui résister; ce sont les deux parties complémentaires de notre projet de recherche pour le moment.

Pour compléter cela, nous examinons également les changements qui se produisent dans un noyau de spermatozoïdes qui le rendent si remarquablement réceptif à la reprogrammation; en fin de compte, nous aimerions convertir le noyau somatique dans le même état que le sperme, puis la reprogrammation devrait très bien fonctionner.

Bien que je pense que la plupart des lecteurs seront au courant de vos expériences de reprogrammation, j’aimerais discuter de certains de vos autres travaux. Dans une série d’articles dans les années 1970, vous avez étudié la traduction de l’ARN injecté dans les ovocytes de grenouille: pouvez-vous nous en dire un peu plus sur ce travail ?

L’expérience qui m’a énormément séduit à l’époque, et qui me plaît toujours, est d’injecter de l’ARN messager (ARNm) dans les œufs. Je faisais ce travail lorsque des gens, notamment Hubert Chantrenne en Belgique, avaient isolé pour la première fois un ARNm. J’étais un bon ami d’un homme merveilleux nommé Jean Brachet, et je lui ai dit que ce que j’aimerais vraiment faire, c’est de transplanter non pas des noyaux mais des ARNm dans des œufs. Il m’a fait une introduction à Chantrenne, qui fabriquait de l’ARN de globine de lapin et nous en a donné, grâce à Brachet. La substance était connue pour être extrêmement sensible aux RNASES, vous deviez donc presque prendre un bain d’acide chromique avant de toucher quoi que ce soit! Maintenant, si j’avais proposé cette expérience comme subvention, elle aurait été rejetée car l’œuf était connu pour être plein de ribonucléases: mettre un ARNm sensible dans un environnement ribonucléique n’aurait aucun sens. Néanmoins, cela a fonctionné, et étonnamment bien – le message de la globine est entré dans les œufs, et au moment où les œufs se sont transformés en têtards, il y avait encore de la globine de lapin en cours de fabrication. Presque certainement la raison du succès est que la microinjection n’ouvre pas les lysosomes, où les ribonucléases sont cloisonnées. Il y a donc un autre principe intéressant: quand quelqu’un vous dit que quelque chose ne fonctionnera pas, il vaut mieux l’essayer que de le croire sur parole. Et l’injection d’ARNm s’est avérée être une approche très utile pour toutes sortes de questions. Ces expériences d’ARN étaient vraiment un dérivé des résultats technologiques du transfert nucléaire – si cela fonctionne pour les noyaux, que pouvez-vous transférer d’autre? Eddy de Robertis et moi avions même un papier appelant l’œuf de Xénope un tube à essai vivant.

Vous vous êtes également intéressé au processus d’induction et avez identifié un « effet de communauté » dans l’induction du mésoderme du xénope. Quelle est la base de cet effet?

Pendant de nombreuses décennies, les gens transplantaient du tissu – prenez un morceau de tissu et greffez-le sur un autre hôte. Mais le tissu est évidemment composé de nombreuses cellules, qui ne sont peut-être pas toutes les mêmes, et pour moi, il était toujours souhaitable de faire une greffe unicellulaire. J’en ai donc fait beaucoup, déplaçant des cellules progénitrices uniques d’une partie de l’embryon à une autre, mais je n’ai jamais pu le faire fonctionner – les cellules mouraient toujours. Il doit y avoir une raison pour laquelle vous pouvez transplanter avec succès plusieurs cellules mais pas des cellules uniques. Cela m’a amené à effectuer des injections de plus en plus petites quantités de cellules. Il s’est avéré que les cellules transplantées libèrent des molécules sécrétées – des protéines de signalisation par exemple – qui leur sont nécessaires pour faire quoi que ce soit dans l’hôte. Une seule cellule a du mal à faire beaucoup avec ce qu’elle sécrète – la concentration est trop faible – mais plusieurs cellules vont accumuler une concentration suffisamment élevée pour fonctionner réellement. Cet « effet communautaire » est quelque peu analogue à la détection du quorum identifiée chez les bactéries.

Quel est votre point de vue sur la biologie du développement en tant que domaine aujourd’hui? Quelles sont les lacunes dans notre compréhension et que devons-nous faire pour les combler?

Ma propre vision du développement est qu’il faut essayer de réduire les choses à des entités uniques, qu’il s’agisse d’une cellule, d’un noyau ou d’une molécule, et je suis souvent ridiculisé parce que je demande toujours aux gens à quelle concentration se trouve leur molécule, et ils diront que cela n’a pas d’importance.

Je dirais que la concentration et le temps sont les deux choses critiques du développement. Vous devez connaître la concentration, et vous devez savoir combien de temps elle doit être là pour faire une différence – car pour les cellules, une concentration particulière d’une molécule pendant quelques secondes peut ne pas être la même que cette concentration pendant 10 minutes. Je pense donc que ce qui nous manque vraiment en biologie du développement à l’heure actuelle, c’est toute capacité à déterminer la concentration des protéines, analogue à la mesure des acides nucléiques par PCR.

Dans ma propre expérience, j’ai participé à des expériences sur une protéine appelée Activine, une molécule de TGF-β. Assez étonnamment – et j’aime toujours cette expérience – vous pouvez prendre des cellules de blastula, les dissocier complètement en suspension, puis ajouter de l’activine à une concentration connue pendant un temps connu. Ensuite, vous lavez les cellules et laissez-les reaggregate et demandez comment elles se différencient. Il s’est avéré que le résultat – que ces cellules fabriquent de l’ectoderme, du mésoderme ou de l’endoderme – dépendait non seulement de la quantité d’activine, mais également du moment où vous y baigniez les cellules. C’était un principe intéressant selon lequel la concentration et le temps peuvent avoir des effets complètement différents selon celui que vous modifiez et de combien.

Mais pour vraiment comprendre des phénomènes étonnants comme celui-ci in vivo, connaître la concentration en protéines va vraiment être important, et je pense que cela nous manque complètement pour le moment. À l’avenir, nous travaillerons progressivement avec des cellules uniques, des concentrations connues, des durées connues, et nous pourrons alors comprendre ce qui se passe dans ces événements de différenciation.

La concentration et le temps sont les deux éléments critiques du développement

Vos travaux seront probablement les plus influents sur le plan clinique dans le domaine du remplacement cellulaire – que pensez-vous des défis et des perspectives actuels?

Je pense que les perspectives de remplacement des cellules sont très bonnes, mais les progrès scientifiques pourraient être entravés par d’autres choses. L’exemple que j’utilise souvent est celui de la dégénérescence maculaire liée à l’âge, où les photorécepteurs meurent et vous devenez aveugle. Ces photorécepteurs sont soutenus par des cellules épithéliales pigmentées de la rétine, et des chercheurs de Londres et d’ailleurs peuvent utiliser la procédure de Yamanaka pour fabriquer de fines couches de cellules épithéliales, puis les insérer dans l’œil par un processus qui n’est pas plus compliqué que le remplacement de lentilles. Chaque fois que j’en parle, les gens viennent me voir et me demandent quand ils peuvent le faire. La réponse est qu’ils ne sont pas autorisés à le faire, et la raison à mon avis remonte finalement à des questions juridiques. Si quelque chose ne va pas, les avocats se battront pour obtenir d’énormes sommes d’indemnisation. Si vous faites la procédure cent fois, et que cela se passe mal une fois – quatre-vingt-dix-neuf personnes gagneront énormément à ne pas devenir aveugles, mais on obtiendra une récompense financière si massive que la profession médicale s’en détournera. Je pense que c’est un véritable défi pour le terrain – la résistance de la profession médicale en raison des conséquences juridiques et financières potentielles.

Vous avez déjà parlé de l’importance de l’orientation votre directeur de thèse, Michael Fischberg, et plusieurs de vos mentorés ont parlé de vous comme d’un excellent mentor. Quel est le style de leadership Gurdon?

Eh bien, je serais très autocritique ici – je ne m’assieds pas avec tout le monde une heure par semaine pour examiner leurs résultats, j’attends juste de les voir autour d’un café et de leur demander comment les choses se passent. Je dois donc être un mentor terriblement mauvais dans le sens de ne pas vraiment faire un contrôle régulier et méthodique des choses. Mais j’aime penser que les gens obtiendront quelque chose simplement d’une conversation ordinaire. Quelqu’un comme Doug Melton était un collègue vraiment fantastique, mais c’était grâce à ses propres capacités – je ne peux pas penser à ce qu’il a obtenu de moi! J’essaie simplement de persuader les gens qui viennent dans mon laboratoire de travailler sur un projet intéressant, puis de les laisser en profiter.

Je dois simplement dire que Michael Fischberg était vraiment un mentor remarquable et généreux. Il m’a mis sur ce travail de transfert nucléaire, me disant que je devais essayer tout ce que je voulais, et m’a extrêmement soutenu. Le tout premier article sur le transfert nucléaire – il n’a pas fait les expériences, mais il en était un auteur, et à juste titre. Mais après cela, presque à mon grand embarras, il a dit « vous prenez les cellules de l’endoderme, je prendrai le reste ». Et donc il n’était pas un auteur sur les autres articles – c’était remarquablement généreux, vraiment.

J’avais prévu de vous demander si vous êtes toujours connecté au banc du laboratoire, mais j’ai eu ma réponse quand je suis arrivé à votre bureau aujourd’hui alors que vous changiez de support pour un lot d’œufs de xénope. Est-il important pour vous de maintenir cette connexion?

J’ai toujours maintenu mon travail de laboratoire, même lorsque je faisais aussi d’autres choses, et j’enseigne toujours le transfert nucléaire à mes collègues. Ce lien avec le banc n’est bien sûr pas réaliste pour tout le monde, mais j’aime penser qu’en le faisant, vous découvrez parfois des choses qui pourraient ne pas être évidentes. Il ne sert à rien que j’utilise des machines PCR ou ce genre de chose, et un de mes collègues en ce moment exécute un western blot pour moi. Mais le travail de laboratoire que je fais maintenant dépend davantage de la recherche de moyens d’amener ces cellules à faire ce que je veux qu’elles fassent – et c’est quelque chose que je connais bien.

Le Prix Nobel a-t-il considérablement changé votre vie?

Eh bien oui, dans le sens où je reçois une quantité ridicule d’invitations, qui tourne maintenant à environ 200 par an. Vous ne pouvez pas commencer à gérer cela – je voyage moins qu’avant, et je suis plutôt sélectif sur ce que j’accepte. Je reçois beaucoup d’invitations non pas pour ma contribution scientifique mais plutôt pour mon rapport scolaire, dans lequel mon maître de biologie a écrit que je n’aurais aucune chance de réussir en tant que scientifique, et qui est encadré au-dessus de mon bureau. Cette histoire a évidemment fait une grande impression aussi.

Il y a aussi la reconnaissance du public. Très peu de temps après que le prix Nobel a été annoncé, je me trouvais en Corée du Sud. En marchant dans la rue, quelqu’un m’a arrêté et m’a demandé si j’étais le Dr Gurdon, et m’a dit que ma photo était dans le journal. C’était vraiment remarquable, la couverture que le prix a obtenue. C’est aussi évidemment agréable pour les gens d’apprécier mon travail, et celui de Yamanaka, et que les gens parlaient de reprogrammation.

Y a-t-il quelque chose que les lecteurs de développement seraient surpris de découvrir à votre sujet?

Je considère qu’il est important de rester raisonnablement en forme et en bonne santé. J’ai toujours gardé un intérêt pour diverses activités sportives, notamment le ski, le patinage et le squash, qui étaient mes activités majeures, même si je me suis tourné ces dernières années vers le tennis à partir du squash.

Mais je suppose que ce qui pourrait surprendre les lecteurs, c’est que je suis un non-intellectuel complet. Je ne lis pas de livres, je déteste lire et je ne vais pas non plus au théâtre. Si on me demande pourquoi je n’aime pas lire, je dirai que cela prend beaucoup de temps, c’est beaucoup plus facile de parler à quelqu’un qui a lu le livre et de demander le résultat final! Je ne suis pas intéressé par la fiction, ce n’est tout simplement pas pour moi. Je suis donc vraiment le non-intellectuel ultime.