Une image plus claire de l’organisation d’une cellule pourrait aider les biologistes à apprendre à reprogrammer une cellule pour stopper le cancer ou d’autres maladies

Indika Rajapakse, Ph.D., est une croyante. L’ingénieur et mathématicien se retrouve désormais biologiste. Et il pense que la beauté du mélange de ces trois disciplines est cruciale pour comprendre le fonctionnement des cellules.

Son dernier développement est une nouvelle technique mathématique pour commencer à comprendre comment le noyau d’une cellule est organisé. La technique, que Rajapakse et ses collaborateurs ont testée sur plusieurs types de cellules, a révélé ce que les chercheurs ont appelé des grappes de transcription auto-entretenues, un sous-ensemble de protéines qui jouent un rôle clé dans le maintien de l’identité cellulaire.

Ils espèrent que cette compréhension exposera les vulnérabilités qui peuvent être ciblées pour reprogrammer une cellule afin d’arrêter le cancer ou d’autres maladies.

“De plus en plus de biologistes du cancer pensent que l’organisation du génome joue un rôle énorme dans la compréhension de la division cellulaire incontrôlable et si nous pouvons reprogrammer une cellule cancéreuse. Cela signifie que nous devons comprendre plus en détail ce qui se passe dans le noyau”, a déclaré Rajapakse, professeur agrégé de calcul. médecine et bioinformatique, mathématiques et génie biomédical à l’Université du Michigan. Il est également membre du UM Rogel Cancer Center.

Rajapakse est l’auteur principal de l’article, publié dans Communication Nature. Le projet a été dirigé par un trio d’étudiants diplômés avec une équipe interdisciplinaire de chercheurs.

L’équipe a amélioré une technologie plus ancienne pour examiner la chromatine, appelée Hi-C, qui cartographie les parties du génome proches les unes des autres. Il peut identifier les translocations chromosomiques, comme celles qui se produisent dans certains cancers. Sa limitation, cependant, est qu’il ne voit que ces régions génomiques adjacentes.

La nouvelle technologie, appelée Pore-C, utilise beaucoup plus de données pour visualiser comment toutes les pièces du noyau d’une cellule interagissent. Les chercheurs ont utilisé une technique mathématique appelée hypergraphes. Pensez : diagramme de Venn en trois dimensions. Il permet aux chercheurs de voir non seulement des paires de régions génomiques qui interagissent, mais la totalité des relations complexes et qui se chevauchent à l’échelle du génome au sein des cellules.

“Cette relation multidimensionnelle que nous pouvons comprendre sans ambiguïté. Cela nous donne un moyen plus détaillé de comprendre les principes organisationnels à l’intérieur du noyau. Si vous comprenez cela, vous pouvez également comprendre où ces principes organisationnels s’écartent, comme dans le cancer”, a déclaré Rajapakse. “C’est comme mettre trois mondes ensemble – la technologie, les mathématiques et la biologie – pour étudier plus en détail à l’intérieur du noyau.”

Les chercheurs ont testé leur approche sur des fibroblastes néonataux, des fibroblastes adultes biopsiés et des lymphocytes B. Ils ont identifié des organisations de clusters de transcription spécifiques à chaque type cellulaire. Ils ont également découvert ce qu’ils ont appelé des clusters de transcription auto-entretenus, qui servent de signatures transcriptionnelles clés pour un type de cellule.

Rajapakse décrit cela comme la première étape d’un projet plus vaste.

“Mon objectif est de construire ce type d’image sur le cycle cellulaire pour comprendre comment une cellule passe par différentes étapes. Le cancer est une division cellulaire incontrôlable”, a déclaré Rajapakse. Si nous comprenons comment une cellule normale change au fil du temps, nous pouvons commencer à examiner les systèmes contrôlés et non contrôlés et trouver des moyens de reprogrammer ce système.”