Le pancréas est un organe abdominal qui produit des enzymes digestives ainsi que des hormones qui régulent la glycémie. Cette fonction productrice d'hormones est localisée dans les îlots de Langerhans, qui constituent des grappes de différents types de cellules endocrines.
Parmi celles-ci figurent les cellules bêta, qui produisent l'hormone insuline nécessaire pour abaisser les taux de glucose (un type de sucre) dans notre sang, ainsi que les cellules alpha, qui génèrent l'hormone glucagon chargée d'augmenter les taux de glucose dans le sang.
Le diabète de type 1 est une maladie chronique dans laquelle le système immunitaire de l'organisme attaque et détruit par erreur les cellules bêta productrices d'insuline du pancréas. La médecine régénérative vise à reconstituer la masse de cellules bêta, et donc à soutenir et finalement à remplacer les thérapies de remplacement de l'insuline actuelles.
Les modifications de la composition des îlots, y compris la fonction insuffisante des cellules bêta et la dédifférence des cellules bêta, contribuent également au diabète de type II.
Par conséquent, une compréhension plus approfondie de l'identité et de la diaphonie des différents types de cellules des îlots conduit à une meilleure caractérisation des deux formes de diabète et peut contribuer au développement de nouveaux concepts thérapeutiques.
La transcriptomique unicellulaire est une technique puissante pour caractériser l'identité cellulaire. Auparavant, les chercheurs de CeMM des groupes de Christoph Bock et Stefan Kubicek au CeMM ont publié les premiers transcriptomes monocellulaires des cellules d'îlots pancréatiques humains primaires.
Les progrès de la technologie ont depuis permis son application à la génération d'atlas mondiaux du transcriptome unicellulaire humain et souris. Malgré ces progrès, les approches monocellulaires restent technologiquement difficiles étant donné que la quantité minuscule d'ARN présente est entièrement utilisée dans l'expérience. Par conséquent, il est essentiel d'assurer la qualité et la pureté des transcriptomes monocellulaires résultants.
Les chercheurs du CeMM dans les deux laboratoires participants ont identifié une expression hormonale étonnamment élevée dans les types de cellules non endocriniennes, à la fois dans leur propre ensemble de données ainsi que dans d'autres études publiées sur une seule cellule.
Ils ont cherché à déterminer si cela serait le résultat d'une contamination par des molécules d'ARN, par exemple à partir de cellules mourantes, et comment il pourrait être retiré pour obtenir un ensemble de données plus fiable.
Une telle contamination semble présente dans les données d'ARN-seq monocellulaire de la plupart des tissus mais était plus visible dans les îlots pancréatiques. Les cellules endocrines des îlots sont exclusivement consacrées à la production d'hormones uniques, et l'insuline dans les cellules bêta et le glucagon dans les cellules alpha sont exprimés à des niveaux plus élevés que les gènes « domestiques » typiques.
Ainsi, la redistribution de ces transcrits à d'autres types de cellules était très prononcée. Sur la base de cette observation, leur objectif était de développer, valider et appliquer une méthode pour déterminer expérimentalement et éliminer par calcul une telle contamination.
Dans leur enquête, les chercheurs de CeMM ont utilisé des cellules enrichies de différents types de cellules, à la fois des échantillons de souris et humains, qu'ils ont ajoutées à leurs échantillons d'îlots pancréatiques. Surtout, les transcriptomes de ces cellules en pointe ont été entièrement caractérisés.
Cela leur a permis de contrôler en interne et avec précision le niveau de contamination par l'ARN dans l'ARN-seq unicellulaire, ce qui donne à penser que les transcrits humains détectés dans les cellules à pic de souris constituent de l'ARN contaminant.
De cette façon, ils ont constaté que les échantillons avaient un niveau de contamination allant jusqu'à 20% et ont pu définir la contamination dans chaque échantillon. Ils ont ensuite développé une nouvelle approche bioinformatique pour éliminer par ordinateur les lectures contaminantes des transcriptomes unicellulaires.
Ayant maintenant obtenu un transcriptome « décontaminé », duquel le signal parasite a été retiré, ils ont procédé à caractériser la façon dont l'identité cellulaire dans les différents types de cellules a répondu au traitement avec trois médicaments différents.
Ils ont découvert qu'un petit inhibiteur moléculaire du facteur de transcription FOXO1 induit une dédifférenciation des cellules alpha et bêta.
En outre, ils ont étudié l'artéméther, qui s'est révélé diminuer la fonction des cellules alpha et pourrait induire la production d'insuline dans des études in vivo et in vitro. Les effets du médicament artéméther étaient spécifiques à l'espèce et au type cellulaire.
Dans les cellules alpha, une fraction de cellules augmente l'expression de l'insuline et gagne des aspects de l'identité des cellules bêta, à la fois dans des échantillons de souris et d'humains. Surtout, les chercheurs ont constaté que dans les cellules bêta humaines, il n'y a pas de changement significatif dans l'expression de l'insuline, tandis que dans les îlots de souris, les cellules bêta réduisent leur expression d'insuline et l'identité globale des cellules bêta.
Cette étude est le résultat d'une collaboration interdisciplinaire des laboratoires de Stefan Kubicek et Christoph Bock au CeMM avec Patrick Collombat à l'Institut de Biologie Valrose (France).
Il s'agit de la première étude à appliquer le séquençage unicellulaire pour analyser la réponse dynamique aux médicaments dans des tissus isolés intacts, qui ont bénéficié de la grande précision quantitative de la méthode de décontamination.
Il fournit ainsi non seulement une nouvelle méthode de décontamination unicellulaire et une analyse monocellulaire hautement quantitative des réponses médicamenteuses dans les tissus intacts, mais répond également à une importante question actuelle dans la biologie des îlots et la recherche sur le diabète. Ces résultats pourraient ouvrir des voies thérapeutiques potentielles pour traiter le diabète de type 1 à l'avenir.
La source:
Centre de recherche CeMM pour la médecine moléculaire de l'Académie autrichienne des sciences
