De l'ADN modifié par ordinateur pour étudier l'identité des cellules
"Nous pouvons suivre des yeux la couleur d'une boîte de Pétri lorsque nous y appliquons un traitement"
Un nouveau programme informatique permet aux scientifiques de concevoir des segments d'ADN synthétiques qui indiquent, en temps réel, l'état des cellules. Présenté par le laboratoire de Gargiulo dans "Nature Communications", il sera utilisé pour rechercher des médicaments contre le cancer ou les infections virales, ou pour améliorer les immunothérapies à base de gènes et de cellules.
Toutes les cellules de notre corps ont le même code génétique, et pourtant elles peuvent différer dans leurs identités, leurs fonctions et leurs états pathologiques. Distinguer une cellule d'une autre de manière simple et en temps réel s'avérerait inestimable pour les scientifiques qui tentent de comprendre les inflammations, les infections ou les cancers. Des scientifiques du Centre Max Delbrück ont créé un algorithme capable de concevoir de tels outils qui révèlent l'identité et l'état des cellules à l'aide de segments d'ADN appelés "régions de contrôle de locus synthétiques" (sLCR). Ces outils peuvent être utilisés dans divers systèmes biologiques. Les résultats, obtenus par le laboratoire du Dr Gaetano Gargiulo, chef du laboratoire d'oncologie moléculaire, sont publiés dans "Nature Communications".
"Cet algorithme nous permet de créer des outils ADN précis pour marquer et étudier les cellules, offrant ainsi de nouvelles perspectives sur les comportements cellulaires", explique M. Gargiulo, auteur principal de l'étude. "Nous espérons que cette recherche ouvrira la voie à un moyen plus simple et plus évolutif de comprendre et de manipuler les cellules.
Cet effort a débuté lorsque le Dr Carlos Company, ancien étudiant diplômé du laboratoire de M. Gargiulo et coauteur de l'étude, a commencé à investir de l'énergie pour rendre la conception des outils ADN automatisée et accessible à d'autres scientifiques. Il a codé un algorithme capable de générer des outils permettant de comprendre les processus cellulaires de base ainsi que les processus pathologiques tels que les cancers, les inflammations et les infections.
"Cet outil permet aux chercheurs d'examiner la façon dont les cellules se transforment d'un type à l'autre. Il est particulièrement innovant parce qu'il compile toutes les instructions cruciales qui dirigent ces changements dans une simple séquence d'ADN synthétique. Cela simplifie l'étude des comportements cellulaires complexes dans des domaines importants tels que la recherche sur le cancer et le développement humain", explique la société.
Algorithme de fabrication d'un outil ADN sur mesure
Le programme informatique est appelé "conception logique d'ADN synthétique cis-régulateur" (LSD). Les chercheurs introduisent les gènes connus et les facteurs de transcription associés aux états cellulaires spécifiques qu'ils souhaitent étudier, et le programme les utilise pour identifier les segments d'ADN (promoteurs et activateurs) qui contrôlent l'activité dans la cellule concernée. Ces informations sont suffisantes pour découvrir des séquences fonctionnelles, et les scientifiques n'ont pas besoin de connaître la raison génétique ou moléculaire précise du comportement d'une cellule ; il leur suffit de construire le sLCR.
Le programme recherche dans les génomes de l'homme ou de la souris les endroits où les facteurs de transcription sont susceptibles de se lier, explique Yuliia Dramaretska, étudiante diplômée du laboratoire de Gargiulo et coauteur de l'article. Il en ressort une liste de séquences de 150 paires de bases pertinentes, susceptibles de jouer le rôle de promoteurs actifs et d'amplificateurs pour l'affection étudiée.
"Il ne s'agit évidemment pas d'une liste aléatoire de ces régions", précise-t-elle. "L'algorithme les classe et trouve les segments qui représentent le plus efficacement le phénotype que vous voulez étudier.
Comme une lampe à l'intérieur des cellules
Les scientifiques peuvent ensuite fabriquer un outil, appelé "région de contrôle de locus synthétique" (sLCR), qui comprend la séquence générée suivie d'un segment d'ADN codant pour une protéine fluorescente. "Les sLCR sont comme une lampe automatisée que l'on peut placer à l'intérieur des cellules. Cette lampe ne s'allume que dans les conditions que vous souhaitez étudier", explique le Dr Michela Serresi, chercheur au laboratoire de Gargiulo et coauteur. La couleur de la "lampe" peut être modifiée pour correspondre à différents états d'intérêt, de sorte que les scientifiques peuvent regarder sous un microscope à fluorescence et connaître immédiatement l'état de chaque cellule grâce à sa couleur. "Nous pouvons suivre des yeux la couleur d'une boîte de Pétri lorsque nous lui administrons un traitement", explique M. Serresi.
Les scientifiques ont validé l'utilité du programme informatique en l'utilisant pour rechercher des médicaments dans les cellules infectées par le SRAS-CoV-2, comme cela a été publié l'année dernière dans "Science Advances". Ils l'ont également utilisé pour trouver des mécanismes impliqués dans les cancers du cerveau appelés glioblastomes, pour lesquels aucun traitement n'est efficace. "Pour trouver des combinaisons de traitements efficaces contre des états cellulaires spécifiques dans les glioblastomes, il faut non seulement comprendre ce qui définit ces états cellulaires, mais aussi les voir apparaître", explique le Dr Matthias Jürgen Schmitt, chercheur au laboratoire Gargiulo et coauteur, qui a utilisé les outils dans le laboratoire pour démontrer leur valeur.
Imaginons maintenant des cellules immunitaires conçues en laboratoire comme thérapie génique pour tuer un type de cancer. Lorsqu'elles sont perfusées au patient, ces cellules ne fonctionnent pas toutes comme prévu. Certaines seront puissantes, tandis que d'autres seront dans un état de dysfonctionnement. Grâce à une subvention du Conseil européen de la recherche, le laboratoire de M. Gargiulo utilisera ce système pour étudier le comportement de ces délicates thérapies cellulaires anticancéreuses au cours de leur fabrication. "Avec les bonnes collaborations, cette méthode pourrait faire progresser les traitements dans des domaines tels que le cancer, les infections virales et les immunothérapies", explique M. Gargiulo.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
Publication originale
Carlos Company, Matthias Jürgen Schmitt, Yuliia Dramaretska, Michela Serresi, Sonia Kertalli, Ben Jiang, Jiang-An Yin, Adriano Aguzzi, Iros Barozzi, Gaetano Gargiulo; "Logical design of synthetic cis-regulatory DNA for genetic tracing of cell identities and state changes"; Nature Communications, Volume 15, 2024-2-5
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