Des chercheurs du Centre de régulation génomique (CRG) ont identifié une séquence d’ADN cruciale pour la différenciation et la fonction pancréatiques – et pour la première fois – décrivent son fonctionnement.
Les patients présentant des mutations dans une séquence d’ADN – qu’ils appellent EnhP – développent des malformations du pancréas. C’est l’exemple le plus clair à ce jour d’une maladie héréditaire causée par des mutations qui ne perturbent pas la séquence d’ADN d’un gène.
Les troubles causés par des mutations dans une seule séquence d’ADN, par exemple la maladie de Huntington ou la drépanocytose, sont appelés maladies monogéniques. Dans la grande majorité des cas, de telles mutations perturbent un gène codant pour une protéine. Dans ce cas, les mutations dans EnhP perturbent un seul « enhancer » au lieu d’un seul gène.
Nos génomes contiennent des centaines de milliers d’éléments d’ADN dont on pense qu’ils agissent comme des activateurs. Ces séquences d’ADN amplificateur agissent comme des interrupteurs pour activer la transcription de leurs gènes cibles dans les bons tissus.
Selon les auteurs de l’étude, publiée aujourd’hui dans Cellule de développement, EnhP n’est en aucun cas le seul défaut de l’activateur à provoquer la maladie. Des mutations dans les activateurs peuvent être la cause d’une maladie monogénique chez de nombreux patients chez lesquels les tests de laboratoire n’ont pas révélé de mutations génétiques causales.
Comprendre le rôle des activateurs dans la maladie pourrait changer la façon dont nous pratiquons la médecine.
La génétique clinique passe du séquençage des gènes codant pour les protéines au séquençage de génomes entiers. Il est maintenant théoriquement possible de découvrir des mutations pathogènes qui se trouvent en dehors des zones traditionnelles du génome, bien qu’il soit encore difficile de discerner quelles parties du génome sont vraiment vulnérables aux mutations », explique
Dr Jorge Ferrer, auteur principal de l’étude, coordinateur du programme transversal de génomique médicale au CRG et chef de groupe au CIBERDEM
Les chercheurs avaient déjà découvert EnhP lors de l’étude des troubles du développement dans dix familles différentes. En collaboration avec une équipe d’Exeter, au Royaume-Uni, ils avaient découvert que les mutations de l’enhancer étaient la cause la plus fréquente d’agénésie pancréatique, une maladie congénitale rare entraînant une perte de tissu pancréatique et un diabète néonatal.
Dans cette étude, les chercheurs ont développé leurs travaux antérieurs pour expliquer pourquoi cet activateur particulier est vulnérable aux mutations pathogènes. À l’aide de CRISPR, l’équipe a modifié génétiquement des modèles de souris pour étudier les effets de l’amplificateur. Des souris dépourvues des deux copies d’EnhP sont nées avec un pancréas sévèrement sous-développé et un diabète insulino-déficient. Ils ont également étudié les cellules souches humaines in vitro.
Ils montrent qu’EnhP fonctionne en augmentant les taux de transcription d’un gène voisin connu sous le nom de facteur de transcription associé au pancréas 1a (PTF1A). Plus précisément, l’étude a révélé que le seul rôle d’EnhP est d’activer tout un groupe d’amplificateurs qui régulent également PTF1A dans les toutes premières cellules qui forment le pancréas au cours du développement fœtal. Lorsque ces autres activateurs sont activés et que la transcription de PTF1A est activée, cela déclenche une cascade d’événements moléculaires qui conduisent à la formation de cellules pancréatiques normales.
« Nous montrons que les activateurs fonctionnent de manière hiérarchique, et celui-ci se situe tout en haut, explique le Dr Ferrer. Il s’agit d’un nouveau concept, et il résout un paradoxe de la façon dont les mutations dans un seul activateur peuvent être catastrophiques malgré l’existence de plusieurs autres activateurs régulant le même gène. Il ne s’agit pas seulement de cet activateur ou de cette maladie particulière, il existe probablement de nombreux autres activateurs ayant cette fonction particulière dans le génome humain. Les trouver nous aidera à comprendre quels activateurs sont vulnérables aux mutations qui provoquent diverses autres maladies monogéniques ».
La découverte a également des ramifications pour les efforts visant à générer des cellules bêta productrices d’insuline dans des conditions de laboratoire. La greffe de cellules est une option réalisable pour les patients diabétiques, mais la demande de cellules fonctionnelles provenant de donneurs décédés dépasse de loin l’offre.
La culture de cellules bêta en culture serait un moyen de relever ce défi, mais celles-ci partagent rarement les mêmes caractéristiques fonctionnelles que les cellules bêta humaines normales. C’est en partie parce que nous ne connaissons pas les mécanismes nécessaires à une différenciation appropriée.
« EnhP déclenche un programme moléculaire qui est nécessaire à la formation correcte des cellules bêta humaines. Ces connaissances peuvent être exploitées pour améliorer les conditions de laboratoire afin de créer des cellules bêta », conclut le Dr Ferrer.
Cette recherche a été soutenue par le ministère espagnol des sciences et de l’innovation, le Wellcome Trust, CIBERDEM et le Conseil européen de la recherche. Le travail a été codirigé par les premiers co-auteurs Irene Miguel-Escalada, Miguel Ángel Maestro, Diego Balboa et l’auteur principal Jorge Ferrer.
