Peut donner un aperçu des malformations congénitales, des fausses couches, du cancer
Français
Suivez-nous sur notre page Facebook et notre canal Telegram
Un logiciel informatique développé à la Washington University School of Medicine à St. Louis peut prédire ce qui arrive aux réseaux de gènes complexes lorsque des gènes individuels manquent ou sont plus nombreux que d’habitude. Ces réseaux génétiques jouent un rôle clé dans le développement embryonnaire précoce, guidant les cellules souches pour former des types de cellules spécifiques qui construisent ensuite des tissus et des organes. Cartographier les rôles de gènes uniques dans ces réseaux est essentiel pour comprendre le développement sain et trouver des moyens de faire repousser les cellules et les tissus endommagés. De même, la compréhension des erreurs génétiques pourrait donner un aperçu des malformations congénitales, des fausses couches ou même du cancer.
De telles expériences génétiques – généralement menées en laboratoire sur des modèles animaux tels que des souris et des poissons zèbres – sont un pilier de la recherche en biologie du développement depuis des décennies. On peut en apprendre beaucoup sur la fonction d’un gène dans les études animales dans lesquelles un gène est manquant ou surexprimé, mais ces expériences sont également coûteuses et chronophages.
En revanche, le logiciel nouvellement développé appelé CellOracle – décrit le 8 février dans la revue Nature — peuvent modéliser des centaines d’expériences génétiques en quelques minutes, aidant les scientifiques à identifier les gènes clés qui jouent un rôle important dans le développement mais qui peuvent avoir été manqués par des techniques plus anciennes et plus lentes. CellOracle est open source, avec le code et les informations sur le logiciel disponibles sur ce lien.
“La communauté scientifique a collecté suffisamment de données d’expérimentations animales pour que nous puissions désormais faire plus qu’observer la biologie – nous pouvons construire des modèles informatiques de la façon dont les gènes interagissent les uns avec les autres et prédire ce qui se passera lorsqu’un gène manque”, a déclaré l’auteur principal. Samantha A. Morris, PhD, professeur agrégé de biologie du développement et de génétique. “Et nous pouvons le faire sans aucune intervention expérimentale. Une fois que nous avons identifié un gène important, nous devons encore faire les expériences de laboratoire pour vérifier la découverte. Mais cette méthode de calcul aide les scientifiques à déterminer quels gènes sont les plus importants.”
CellOracle, qui a été inclus dans un récent article sur la technologie dans la revue Nature, est l’un des nombreux systèmes logiciels relativement nouveaux conçus pour modéliser les informations sur la régulation des gènes cellulaires. Plutôt que de simplement identifier les réseaux, CellOracle est unique dans sa capacité à permettre aux chercheurs de tester ce qui se passe lorsqu’un réseau est perturbé d’une manière spécifique.
Morris et son équipe ont exploité les processus de développement bien connus de la formation des cellules sanguines chez les souris et les humains et le développement embryonnaire chez le poisson zèbre pour valider le bon fonctionnement de CellOracle. Leurs études, en collaboration avec le laboratoire de la co-auteure et experte en développement du poisson zèbre Lilianna Solnica-Krezel, PhD, professeur émérite Alan A. et Edith L. Wolff et chef du département de biologie du développement, ont également découvert de nouveaux rôles pour certains gènes dans le développement du poisson zèbre qui n’avait pas été identifié auparavant.
Et dans un article connexe en ligne dans la revue Stem Cell Reports, Morris et ses collègues ont utilisé CellOracle pour prédire ce qui se passe lorsque certains gènes sont appelés au-delà de leurs niveaux d’expression habituels.
“Nous avons découvert que si nous composions deux gènes spécifiques, nous pouvions transformer les cellules de la peau en un type de cellule capable de réparer l’intestin et le foie endommagés”, a déclaré Morris. “En termes de médecine régénérative, ces outils prédictifs sont précieux pour modéliser comment nous pouvons reprogrammer les cellules pour qu’elles deviennent les types de cellules qui peuvent favoriser la guérison après une blessure ou une maladie.”
Selon Morris, la plupart des méthodes de laboratoire pour convertir les cellules souches en différents types de cellules, telles que les cellules sanguines ou les cellules hépatiques, sont inefficaces. Peut-être que 2% des cellules arrivent à la destination souhaitée. Des outils comme CellOracle peuvent aider les scientifiques à identifier les facteurs à ajouter au cocktail pour guider davantage de cellules vers le type de cellule souhaité, telles que celles capables de réparer l’intestin et le foie.
À l’heure actuelle, CellOracle peut modéliser l’identité cellulaire de plus de 10 espèces différentes, dont les humains, les souris, les poissons zèbres, les levures, les poulets, les cobayes, les rats, les mouches des fruits, les vers ronds, la plante Arabidopsis et deux espèces de grenouilles.
“Nous recevons beaucoup de demandes pour ajouter différentes espèces”, a déclaré Morris. “Nous travaillons sur l’ajout d’axolotl, qui est un type de salamandre. Ce sont des animaux sympas pour étudier la régénération en raison de leur capacité à faire repousser des membres entiers et d’autres organes et tissus complexes.”
