Les recherches d’Omer Yilmaz, du MIT, portent sur le rôle que joue le régime alimentaire sur les cellules souches intestinales, ce qui a un impact sur la santé globale. Ses conclusions suggèrent que les régimes hypocaloriques peuvent avoir des effets antivieillissement et antitumoraux, tandis que les régimes riches en graisses peuvent entraîner une augmentation des cellules souches, ce qui pourrait favoriser le cancer. Ces connaissances pourraient contribuer à améliorer la santé gastro-intestinale et les stratégies de prévention du cancer.
Les travaux d’Omer Yilmaz sur l’influence du régime alimentaire sur les cellules souches intestinales pourraient déboucher sur de nouveaux moyens de traiter ou de prévenir les cancers gastro-intestinaux.
Tous les trois à cinq jours, toutes les cellules qui tapissent l’intestin humain sont remplacées. Ce renouvellement constant des cellules aide la paroi intestinale à résister aux dommages causés par les aliments qui passent dans le tube digestif.
Ce renouvellement rapide des cellules repose sur les cellules souches intestinales, qui donnent naissance à tous les autres types de cellules présentes dans l’intestin. Des recherches récentes ont montré que ces cellules souches sont fortement influencées par le régime alimentaire, qui peut contribuer à les maintenir en bonne santé ou les inciter à devenir cancéreuses.
« Les régimes hypocaloriques tels que le jeûne et la restriction calorique peuvent avoir des effets antivieillissement et antitumoraux, et nous voulons comprendre pourquoi. En revanche, les régimes qui conduisent à l’obésité peuvent favoriser les maladies du vieillissement, comme le cancer », explique Omer Yilmaz, professeur agrégé de biologie au MIT.
Au cours des dix dernières années, Omer Yilmaz a étudié la manière dont les différents régimes alimentaires et les conditions environnementales affectent les cellules souches intestinales et comment ces facteurs peuvent entraîner des maladies telles que le cancer. Crédit : Jake Belcher
Au cours de la dernière décennie, Yilmaz a étudié comment les différents régimes alimentaires et les conditions environnementales affectent les cellules souches intestinales et comment ces facteurs peuvent augmenter le risque de cancer et d’autres maladies. Ces travaux pourraient aider les chercheurs à développer de nouveaux moyens d’améliorer la santé gastro-intestinale, soit par des interventions diététiques, soit par des médicaments qui imitent les effets bénéfiques de certains régimes, explique-t-il.
« Nos résultats ont soulevé la possibilité que les interventions de jeûne, ou les petites molécules qui imitent les effets du jeûne, puissent jouer un rôle dans l’amélioration de la régénération intestinale », déclare Yilmaz, qui est également membre de l’Institut Koch pour la recherche intégrative sur le cancer du MIT.
Sommaire
Une approche clinique
L’intérêt de Yilmaz pour la maladie et la médecine est né dès son plus jeune âge. Son père exerçait la médecine interne et Yilmaz passait beaucoup de temps dans le cabinet de son père après l’école, ou à l’hôpital où son père voyait des patients.
« Je m’intéressais beaucoup aux médicaments et à la manière dont ils étaient utilisés pour traiter les maladies », se souvient Yilmaz. « Il me posait des questions, et souvent je ne connaissais pas la réponse, mais il m’encourageait à trouver les réponses à ses questions. Cela a vraiment stimulé mon intérêt pour la biologie et mon désir de devenir médecin ».
Sachant qu’il voulait devenir médecin, Yilmaz a posé sa candidature et a été accepté dans un programme de huit ans combinant la licence et le doctorat en médecine à l’université du Michigan. En tant qu’étudiant de premier cycle, cela lui a donné la liberté d’explorer les domaines qui l’intéressaient sans avoir à se préoccuper de sa candidature à l’école de médecine. Tout en se spécialisant en biochimie et en physique, il a effectué des recherches de premier cycle dans le domaine du repliement des protéines.
L’intérêt d’Omer Yilmaz pour les maladies et la médecine s’est manifesté dès son plus jeune âge. Son père exerçait la médecine interne et Yilmaz passait beaucoup de temps dans le cabinet de son père après l’école, ou à l’hôpital où son père voyait des patients. « Je m’intéressais beaucoup aux médicaments et à la manière dont ils étaient utilisés pour traiter les maladies », se souvient Yilmaz. Crédit : Jake Belcher
Au cours de sa première année de médecine, Yilmaz s’est rendu compte que la recherche lui manquait et a donc décidé de s’inscrire au programme de doctorat en médecine de l’université du Michigan. Pour son doctorat, il a étudié les cellules souches hématopoïétiques et identifié de nouveaux marqueurs permettant d’isoler plus facilement ces cellules de la moelle osseuse.
« C’était important parce qu’il y a beaucoup d’intérêt à comprendre ce qui fait qu’une cellule souche est une cellule souche, et quelle est la part du programme interne par rapport aux signaux du microenvironnement », explique Yilmaz.
Après avoir obtenu son doctorat et son doctorat en médecine, il a envisagé de se lancer directement dans la recherche et de ne pas faire d’internat en médecine, mais il a fini par faire un internat en pathologie au Massachusetts General Hospital. C’est à cette époque qu’il a décidé d’abandonner les cellules souches hématopoïétiques au profit des cellules souches présentes dans le tractus gastro-intestinal.
« Le tractus gastro-intestinal semblait très intéressant car, contrairement à la moelle osseuse, nous en savions très peu sur l’identité des cellules souches gastro-intestinales », explique M. Yilmaz. « Je savais qu’une fois les cellules souches gastro-intestinales identifiées, il y aurait beaucoup de questions intéressantes sur la façon dont elles réagissent à l’alimentation et à d’autres stimuli environnementaux.
Questions sur l’alimentation
Pour approfondir ces questions, Yilmaz a effectué des recherches postdoctorales au Whitehead Institute, où il a commencé à étudier les liens entre les cellules souches, le métabolisme, l’alimentation et le cancer.
Les cellules souches intestinales ayant une durée de vie très longue, elles sont plus susceptibles d’accumuler des mutations génétiques qui les rendent susceptibles de devenir cancéreuses. Au Whitehead Institute, Yilmaz a commencé à étudier comment différents régimes alimentaires pouvaient influencer cette vulnérabilité au cancer, un sujet qu’il a repris dans son laboratoire au MIT lorsqu’il a rejoint la faculté en 2014.
L’une des questions explorées par son laboratoire est de savoir pourquoi les régimes hypocaloriques ont souvent des effets protecteurs, notamment une augmentation de la longévité – un phénomène qui a été observé dans de nombreuses études chez l’animal et chez l’homme.
Dans une étude de 2018, son laboratoire a découvert qu’un jeûne de 24 heures améliore considérablement la capacité des cellules souches à se régénérer. Cet effet a été observé à la fois chez des souris jeunes et âgées, ce qui suggère que même à un âge avancé, le jeûne ou des médicaments qui imitent les effets du jeûne pourraient avoir un effet bénéfique.
D’un autre côté, Yilmaz s’intéresse également aux raisons pour lesquelles un régime riche en graisses semble favoriser le développement du cancer, en particulier du cancer colorectal. Dans une étude réalisée en 2016, il a constaté que la consommation d’un régime riche en graisses par des souris entraînait une augmentation significative du nombre de cellules souches intestinales. En outre, le comportement de certaines populations de cellules non souches commence à ressembler à celui des cellules souches. « Le résultat de ces changements est que les cellules souches et les cellules non souches peuvent donner naissance à des tumeurs dans le cadre d’un régime riche en graisses », explique Yilmaz.
Pour faciliter ces études, le laboratoire de Yilmaz a mis au point un moyen d’utiliser des cellules souches intestinales humaines ou de souris pour générer des intestins ou des colons miniatures en culture cellulaire. Ces « organoïdes » peuvent ensuite être exposés à différents nutriments dans un environnement très contrôlé, ce qui permet aux chercheurs d’analyser les effets de différents régimes alimentaires sur le système.
Récemment, son laboratoire a adapté le système pour lui permettre d’étendre ses études au rôle des cellules immunitaires, des fibroblastes et d’autres cellules de soutien présentes dans le microenvironnement des cellules souches. « Il serait négligent de notre part de nous concentrer sur un seul type de cellule », explique Yilmaz. « Nous étudions l’impact de ces différentes interventions alimentaires sur l’ensemble du voisinage des cellules souches.
Si Yilmaz passe le plus clair de son temps à diriger son laboratoire au MIT, il consacre également six à huit semaines par an à son travail au MGH, où il est pathologiste associé, spécialisé dans la pathologie gastro-intestinale.
« J’aime mon travail clinique, qui me rappelle toujours l’importance de la recherche que nous menons », explique-t-il. « Voir le cancer du côlon et d’autres cancers gastro-intestinaux au microscope, et constater leur complexité, me rappelle l’importance de notre mission, qui consiste à trouver des moyens de prévenir l’apparition de ces cancers. »