Découvrir les interrupteurs génétiques cachés
"La technique peut être utilisée pour étudier les vastes parties inexplorées de notre ADN qui influencent la santé et la maladie dans de multiples systèmes organiques
Des chercheurs dirigés par Dubravka Vučićević au Centre Max Delbrück ont mis au point une nouvelle méthode pour découvrir comment l'ADN contrôle les gènes. Leur technique, publiée dans "Cell Genomics", peut révéler les "interrupteurs" génétiques qui régulent les gènes importants plus rapidement que les méthodes existantes.
La majeure partie du génome humain ne code pas pour des protéines. Une grande partie du génome est constituée de régions régulatrices. À l'instar des interrupteurs qui allument et éteignent la lumière, ces régions de nucléotides - appelées activateurs de transcription - déterminent où et quand un gène est actif, et contrôlent en grande partie la quantité de la protéine correspondante produite par une cellule. Des défauts dans le code génétique de ces éléments régulateurs peuvent entraîner des défauts de développement et des maladies. Mais par rapport aux régions codant pour les protéines, ils sont difficiles à identifier car ils sont souvent situés loin des gènes qu'ils régulent et n'ont pas de code génétique bien défini.
Des scientifiques du Centre Max Delbrück dirigés par le Dr Dubravka Vučićević dans le laboratoire de génomique computationnelle et réglementaire du professeur Uwe Ohler ont créé un nouvel outil puissant pour découvrir ces régions qui contrôlent nos gènes. Appelé TargEted SingLe-cell Activation screen
(TESLA-seq), il combine l'activation génique basée sur CRISPR (CRISPRa) - une technique de régulation génique qui utilise une forme modifiée du système CRISPR-Cas9 pour renforcer l'expression de gènes spécifiques - et le séquençage ciblé de l'ARN d'une seule cellule pour identifier les régions régulatrices plus rapidement et avec plus de précision que les autres méthodes. L'étude a été publiée dans "Cell Genomics".
"Avec cette méthode, nous pouvons réellement tester comment des milliers d'éléments régulateurs candidats dans le génome sont capables d'allumer des gènes - et découvrir exactement quels gènes ils influencent", explique Vučićević, auteur principal de l'étude.
Cartographier les éléments régulateurs
Pour présenter la technique, l'étude s'est concentrée sur un gène appelé PHOX2B, qui est essentiel au développement du système nerveux. Des mutations dans ce gène ont été liées au neuroblastome, un cancer des tissus du système nerveux qui touche principalement les enfants.
Vučićević et ses collègues se sont concentrés sur une large zone autour de PHOX2B. Ils ont conçu deux à trois ARN guides (ARNg) pour qu'ils se lient à des sections de l'ADN, ou chunks, d'une longueur de 100 paires de bases chacun. Ces ARNg ont guidé le système CRISPR vers des endroits ciblés du génome. Avec un total de 46 722 ARNg, ils ont pu parcourir l'ensemble du paysage génomique autour du gène PHOX2B à la recherche de commutateurs génétiques potentiels.
Ils ont ensuite transféré chaque ARNg dans une seule cellule de neuroblastome humain. Le système CRISPRa a ensuite activé toutes les régions régulatrices qui auraient pu être présentes dans le "morceau". Ils ont identifié plus de 600 régions - appelées CaRE (CRISPRa-responsive elements) - qui modifiaient la croissance cellulaire lorsqu'elles étaient activées.
L'équipe s'est ensuite penchée plus en détail sur environ 200 CaRE et a utilisé le séquençage ciblé de l'ARN d'une seule cellule pour lire à la fois l'ARNg à l'intérieur de chaque cellule et l'ARN exprimé par les gènes avoisinants. Cela leur a permis de relier chaque CaRE à l'un des plus de 70 gènes de la région PHOX2B, dont l'expression a changé dans cette cellule. Ils ont également trouvé des connexions directes entre les CaRE et d'importants régulateurs de SHISA3 et APBB2, qui sont impliqués dans le cancer et la maladie d'Alzheimer.
Il est surprenant de constater que de nombreux CaRE contrôlent des gènes très éloignés, sans tenir compte des gènes proches, ce qui échappe souvent aux autres méthodes. "TESLA-seq ne se contente pas de capturer ce qui se passe dans un type de cellule, il peut révéler des connexions potentielles entre les gènes et les régions régulatrices dans différents systèmes biologiques", explique M. Ohler.
Ceci est significatif car de nombreuses maladies affectent plus qu'un seul type de tissu, ajoute Vučićević. "La technique peut être utilisée pour étudier les vastes parties inexplorées de notre ADN qui influencent la santé et la maladie à travers de multiples systèmes d'organes et peut nous aider à concevoir des thérapies plus précises et plus efficaces."
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.
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