Un nouvel outil de suivi des cellules fournira davantage d'indices pour le diagnostic et le traitement précoces du cancer

Dans le monde microscopique de la vie, chaque cellule possède également un mystérieux « arbre généalogique » qui enregistre les « antécédents » et « l’héritage » de la cellule. À mesure que les cellules se divisent ou se différencient, elles forment progressivement différents types de cellules et de tissus. Certains deviennent des cellules nerveuses, construisant des réseaux neuronaux complexes ; certains deviennent des cellules musculaires, fournissant l’énergie nécessaire au mouvement du corps ; d'autres se différencient en cellules sanguines, responsables du transport de l'oxygène et des nutriments...

Cet « arbre généalogique » de cellules est appelé lignée cellulaire et est essentiel pour comprendre le processus de développement de la vie ainsi que l’origine et le développement des maladies.

Récemment, l'équipe de Wang Shouwen de l'École des sciences de la vie de l'Université Westlake et du Laboratoire Westlake et l'équipe de Li Li ont collaboré pour développer un nouvel outil informatique, MethylTree, dans le domaine du traçage de lignées unicellulaires. Cet outil peut suivre avec précision les lignées cellulaires de manière multi-omique sans nécessiter d'édition génétique, ouvrant un nouveau chapitre dans le traçage non invasif des lignées et offrant de nombreuses possibilités pour étudier le développement des tissus humains, les mécanismes des maladies et la thérapie par cellules souches.

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Née d'observations et de relevés au microscope à la fin du XIXe siècle, l'étude de la lignée cellulaire se poursuit depuis un siècle. De nombreuses méthodes d’étude de la lignée cellulaire ont été développées, mais elles présentent encore quelques défauts.

Par exemple, certaines méthodes nécessitent l’édition de l’ADN cellulaire, ce qui n’est pas très mature d’un point de vue éthique ou technique, et n’est donc pas adapté à la recherche humaine ; et les méthodes qui ne nécessitent pas d'édition directe des cellules s'appuient sur des mutations rares de l'ADN somatique (la probabilité de mutation est extrêmement faible, seulement 10-9 par nt/division), qui non seulement ont des exigences techniques très élevées mais sont également très coûteuses (environ 200 USD par cellule).

Face à ces problèmes, l’équipe de recherche a donc tenté de développer une nouvelle méthode de traçage de lignée multi-omique efficace et précise.

La percée réside dans une modification épigénétique courante de l’ADN, la méthylation. La méthylation de l’ADN peut réguler l’expression des gènes, parfois en arrêtant l’expression de certains gènes et parfois en induisant la réactivation et l’expression des gènes.

Imaginez que vous avez un livre de vie très complexe et informatif, qui contient une grande quantité d’informations sur la vie. Certains chapitres doivent être lus à des moments précis, tandis que d’autres chapitres doivent être ignorés à des moments précis. La méthylation est comme un marque-page. Ils ne changeront pas le contenu du livre, mais vous indiqueront quels chapitres doivent être lus maintenant et quels chapitres peuvent être temporairement ignorés.

Les lignées cellulaires enregistrent l'histoire des divisions cellulaires au sein d'un individu

L’équipe de recherche a donc utilisé les caractéristiques de méthylation des cellules et a développé avec succès un nouvel outil informatique pour le traçage de la lignée, nommé MethylTree. Méthyle signifie méthylation, ce qui signifie utiliser les caractéristiques de la méthylation cellulaire pour suivre l'arbre cellulaire. MethylTree évite non seulement intelligemment le problème des valeurs manquantes et des interférences de bruit, mais élimine également avec succès l'impact des différences de méthylation de l'ADN propres à différents types de cellules.

Dans le même temps, l’équipe a vérifié que la précision de MethylTree est proche de 100 % dans plusieurs systèmes expérimentaux tels que le système hématopoïétique humain, le développement embryonnaire précoce et le cancer !

Figure 2 : MethylTree reconstitue avec succès la lignée du sang du cordon ombilical humain. Les clones de la carte thermique de la lignée MethylTree (panneau de droite) sont cohérents avec les clones définis par le lentivirus LARRY dans l'expérience (panneau de gauche).

À quoi sert l’étude de la lignée cellulaire ?

En étudiant les lignées cellulaires, les chercheurs peuvent révéler les mécanismes déterminant le destin de différents types de cellules et comprendre le processus de développement des tissus et des organes. Ils peuvent également comprendre les relations de lignée des cellules tumorales, ce qui peut fournir des indices pour un diagnostic et un traitement précoces du cancer. Ils peuvent également comprendre comment les cellules souches se différencient en types spécifiques de cellules, favorisant ainsi le développement des technologies d’ingénierie tissulaire et de régénération d’organes.

L’équipe de recherche a développé un outil, mais leurs attentes ne se limitent pas à cet outil. De l’apparition et du développement de la maladie à l’optimisation personnalisée du traitement, ils espèrent que davantage d’équipes se joindront à eux et utiliseront cet outil pour percer davantage de mystères du développement et de la différenciation cellulaire.

(Source : Chao News, Université Westlake)