HLes cellules souches ématopoïétiques (CSH) sont des usines cellulaires qui produisent du sang et des cellules immunitaires, mais leur production varie considérablement. Cette variation influence le succès des thérapies de greffe de moelle osseuse, qui dépendent fortement du quantité et type de cellules sanguines dans la transplantation de CSH d’un donneur.1 Bien que l’expression des gènes influence la lignée cellulaire, le mécanisme de régulation reste flou.
« Il s’agit d’un exemple où l’usage thérapeutique précède notre compréhension du mécanisme fondamental. (HSC) sont cliniquement prouvés utiles, cela stimule donc réellement la poursuite des recherches pour mieux comprendre leur régulation », a fait remarquer Rong Lubiologiste des cellules souches à l’Université de Californie du Sud.
En étudiant la régulation des CSH pour améliorer la régénération immunitaire, Lu et son équipe ont identifié des associations entre l’activité des gènes qui modulent la variété et la quantité de production de cellules immunitaires. Leur résultatsPublié dans Avancées scientifiques, fournir des informations sur la manière dont des caractéristiques génétiques distinctes peuvent améliorer l’optimisation des pools de cellules de donneurs pour les thérapies.2
Les auteurs de l’étude, Rong Lu (à gauche) et Du Jiang (à droite), visent à comprendre comment les cellules hématopoïétiques sont régulées.
Gal Manella
Lu se demandait si les différences entre les HSC individuels étaient intrinsèques ou influencées par leur environnement. Pour tester cela, les chercheurs ont infecté les HSC avec un lentivirus porteur d’un virus unique. codes-barres génétiques pour suivre des cellules individuelles. Cette méthode a permis à Lu de mesurer la quantité et le type de production cellulaire.3 Lu s’est concentré sur les granulocytes et les cellules B, qui sont respectivement les cellules immunitaires myéloïdes et lymphoïdes les plus abondantes.
Dans une expérience de transplantation individuelle, ils ont injecté des clones de HSC avec code-barres à une souris receveuse principale. Après avoir récupéré les mêmes cellules souches, les chercheurs les ont transplantées chez plusieurs autres souris. Même avec un traitement de radiothérapie ou de chimiothérapie avant la transplantation, les niveaux de production de sang chez les souris secondaires sont restés cohérents ; ces résultats impliquaient qu’un facteur inhérent dicte la capacité de production de sang.
« Le principal défi technique est de pouvoir relier le suivi de la production cellulaire et cellulaire à l’expression génique des cellules correspondantes », a déclaré Lu.
Pour répondre à cette question, les chercheurs ont mesuré les résultats cellulaires des HSC à code-barres génétiquement suivi. Après avoir utilisé le séquençage de l’ARN unicellulaire (scRNA-seq), ils ont marqué les cellules individuelles avec une autre étiquette : un code-barres cellulaire d’ADNc. Pour relier les données du suivi génétique et du scRNA-seq, Lu et son équipe ont généré des « ponts moléculaires » par réaction en chaîne par polymérase pour amplifier les molécules contenant les deux codes-barres. Ensuite, ils ont cartographié la sortie de la lignée unicellulaire sur l’expression des gènes par rapport à une bibliothèque d’ADNc pour générer une base de données de ponts moléculaires.
Lu et son équipe ont utilisé la base de données pour quantifier les résultats de la lignée HSC chez les souris, en mesurant les niveaux de transcription des gènes associés à la production de cellules sanguines. Ils ont identifié près de 40 gènes liés à la production de cellules sanguines, certains étant liés à des maladies qui influencent la production de cellules immunitaires. Ils ont découvert certains gènes associés à la production de cellules lymphoïdes et d’autres qui présentaient un équilibre entre diverses cellules immunitaires.
Pour approfondir les associations entre l’activité des gènes et la quantité et la variété des cellules immunitaires produites, Lu a examiné les gènes dans toute la gamme d’une lignée. Au lieu de simplement classer ces résultats comme faibles ou élevés, elle a mené une analyse plus complète pour détecter les gènes susceptibles d’avoir un point idéal.
« Les résultats nous indiquent qu’il existe une sorte de mécanisme ou de modèles d’association quantitatifs que nous n’avons pas appréciés sur le terrain, à savoir la manière dont les gènes contrôlent quantitativement le comportement cellulaire », a déclaré Lu.
En utilisant une approche de pont moléculaire pour coupler la production cellulaire à un modèle d’expression génique moléculaire, les chercheurs peuvent dresser un tableau complet des variations naturelles des CSH.
Rong Lu
Les chercheurs ont découvert que les gènes étaient corrélés à la quantité et au type de production de cellules sanguines via quatre modèles d’association : constant, unimodal, discret et multimodal. Ils ont identifié certains gènes avec une association constante, où l’expression des gènes est toujours associée à la production de lymphocytes. Dans les gènes discrètement associés, la production de lymphocytes se situait dans une plage spécifique de niveaux de production. Le plus souvent, les gènes appartenaient à la catégorie unimodale ou multimodale. Dans les modèles unimodaux, la production cellulaire dépend de l’état d’expression des gènes et ressemble à un interrupteur marche/arrêt. Cependant, dans les associations multimodales, l’activité des gènes se produit à plusieurs niveaux ou seuils pour plusieurs quantités distinctes de production cellulaire.
« Cette étude utilise une technologie intelligente qui implique à la fois une biologie moléculaire sophistiquée et des approches informatiques. Il s’agit d’une approche très nouvelle dans la façon dont nous suivons et évaluons les cellules souches sanguines et leurs résultats », a fait remarquer David Kent, biologiste des cellules souches à l’Université de York qui n’a pas participé à l’étude. « (Cette méthode) prépare le terrain pour répondre à de nouvelles questions, je considère donc cela comme un document de développement d’outils bénéfique. »
Grâce à ce travail, Lu espère atteindre le prochain niveau de médecine de précision. « En comprenant la différence entre les cellules individuelles, nous pouvons faire en sorte que toutes les cellules fassent les choses que nous voulons. Cela va vraiment tirer parti de la variation naturelle entre les cellules individuelles pour gérer des populations de cellules entières », a déclaré Lu.
Les références
- Lu R, et al. Voies d’engagement de la lignée au niveau clonal des cellules souches hématopoïétiques in vivo. Proc Natl Acad Sci États-Unis. 2019;116(4):1447-1456.
- Jiang D et coll. Association quantitative entre l’expression des gènes et la production de cellules sanguines de cellules souches hématopoïétiques individuelles chez la souris. Avancé en sciences. 2024 janvier ; 10(4) : eadk2132.
- Lu R, et al. Suivi de cellules souches hématopoïétiques uniques in vivo à l’aide d’un séquençage à haut débit associé à un code-barres génétique viral. Nat Biotechnologie. 2011;29(10):928-933.
