Le réseau complexe des mécanismes de contrôle de l'expression des gènes
Les lipopolysaccharides (LPS) présents à la surface des microbes déclenchent des réponses immunitaires très fortes par interaction avec les cellules immunitaires, en particulier avec des cellules présentatrices d'antigène, comme les cellules dendritiques (CD). L'équipe d'EXPRESSION DYNAMICS a étudié le contrôle de la réponse immunitaire de cellules dendritiques de souris stimulées par le composant LPS du pathogène. Examinant les niveaux d'ARN ainsi que la dynamique du cycle de vie de la protéine (production et dégradation), les chercheurs ont établi un tableau complet des modifications de l'expression des gènes au cours de cette réponse immunitaire. Comme le souligne Marko Jovanovic, chercheur principal du projet, «Nous cherchions à créer un modèle global nous permettant de savoir comment chaque type de couche de régulation contribue à l'expression de chaque gène.» Un nouveau modèle: le glaçage du gâteau Le résultat est un modèle où de nouvelles fonctions cellulaires, nécessaires par exemple à la réponse immunitaire urgente, sont principalement dirigées par une régulation au niveau de l'expression de l'ARN. Le protéome préexistant est cependant également modifié pour s'adapter à l'état de la cellule activée, ce qui se fait par la régulation de la production et/ou la dégradation de la protéine, à savoir le cycle de vie de la protéine. «Nous avons appelé cela le modèle cupcake, parce que les gens sont très souvent attirés par le glaçage du gâteau et que les modifications de ce glaçage sont analogues à la partie ajustée par la régulation de l'ANRm. Le reste du gâteau, tout aussi essentiel mais souvent injustement négligé, correspond aux gènes domestiques qui doivent aussi changer. Selon nos résultats, cette partie comprend le cycle de vie des protéines», explique Marko Jovanovic. Étendant le modèle de biologie des systèmes à la stimulation des cellules nerveuses, les chercheurs souhaitent maintenant savoir comment différentes classes de gènes sont régulées dans l'espace et le temps dans les corps cellulaires et les dendrites de ces neurones stimulés. En appliquant la même approche protéomique et transcriptomique que pour les CD stimulées par LPS, les chercheurs détermineront pour des milliers de gènes en parallèle si les modifications des protéines sont régulées de façon différente dans des compartiments cellulaires spécifiques, tels que les corps cellulaires et les dendrites. Identifier les gènes responsables de la régulation Traditionnellement, on utilise des criblages de gènes knock-out pour trouver les principaux régulateurs d'un processus biologique présentant un intérêt. Bien que ce procédé soit utilisé depuis des décennies pour des organismes simples tels que la levure, il est beaucoup plus difficile dans les systèmes mammifères, en particulier pour les lignées cellulaires, et impose souvent des lectures phénotypiques fortes telles que la survie. EXPRESSION DYNAMICS a en revanche développé un nouveau criblage à base de marqueur à l'échelle du génome pour identifier les régulateurs des changements d'expression d'un gène intéressant. Il s'agit d'une approche plus subtile qui permet le criblage de presque n'importe quel processus biologique intéressant. En utilisant un criblage modifié à l'échelle du génome basé sur CRISPR, à nouveau avec des CD stimulées par LPS, l'équipe a trouvé de nombreux régulateurs inconnus de la réponse immunitaire induite par LPS. Les chercheurs ont ensuite classé les gènes en modules fonctionnels avec des effets distincts sur la réponse aux LPS. Étudier en clinique le mécanisme de contrôle des gènes La demande de brevet déposée pour la fourniture, l'utilisation et les applications thérapeutiques des systèmes et modélisations des systèmes CRISPR-CAS donne une idée des énormes possibilités de cette technologie. L'identification des gènes impliqués dans les réponses des leucocytes du système immunitaire et la modélisation de l'action des leucocytes défectueux et des maladies associées en constituent peut-être l'utilisation la plus évidente. La prochaine étape, consistant à tester les thérapies chimiques ou génétiques possibles, devrait constituer une base solide pour le traitement. Marko Jovanovic résume sa puissance potentielle pour la recherche biomédicale. «À partir du moment où il y a un marqueur détectable, ce système de criblage à l'échelle du génome dans les cellules primaires des mammifères nous permettra d'effectuer un criblage génétique non biaisé dans presque tous les systèmes disponibles et, espérons-le, d'identifier des cibles primaires pour le traitement des maladies.»
Mots‑clés
Contrôle de l'expression des gènes, réponse immunitaire, EXPRESSION DYNAMICS, cellule dendritique, cellule nerveuse