Le premier « plan » du développement du squelette humain révèle comment le squelette se forme, mettant en lumière le processus de l'arthrite et mettant en évidence les cellules impliquées dans les conditions qui affectent la croissance du crâne et des os.
Les chercheurs du Wellcome Sanger Institute et leurs collaborateurs ont utilisé des techniques génomiques de pointe pour identifier toutes les cellules et voies impliquées dans les premiers stades du développement du squelette. Faisant partie du projet plus large Human Cell Atlas (HCA), cette ressource pourrait être utilisée pour déterminer si les médicaments thérapeutiques actuels ou futurs pourraient perturber la croissance du squelette s'ils sont utilisés pendant la grossesse.
L'étude, publiée aujourd'hui (20 novembre) dans Naturemontre clairement comment le cartilage agit comme un échafaudage pour le développement osseux à travers le squelette, à l'exception du sommet du crâne. L’équipe a cartographié toutes les cellules essentielles à la formation du crâne et a étudié comment des mutations génétiques pouvaient provoquer une fusion trop précoce des points mous du crâne des nouveau-nés, limitant ainsi la croissance du cerveau en développement. À l’avenir, ces cellules pourraient être utilisées comme cibles diagnostiques et thérapeutiques possibles pour identifier et traiter des affections congénitales.
Ils ont également découvert certains gènes activés dans les premières cellules osseuses qui pourraient être liés à un risque accru de développer une arthrite de la hanche à l'âge adulte. En comparaison, ils suggèrent que d’autres gènes présents dans les premières cellules cartilagineuses sont liés à un risque accru de développer une arthrite du genou, probablement en raison de leur rôle dans la réparation du cartilage. À l’avenir, l’étude plus approfondie de ces différentes cellules pourrait permettre de développer de nouveaux traitements pour ces pathologies.
Dans l’ensemble, l’atlas squelettique en développement est une ressource disponible gratuitement qui peut être utilisée pour mieux comprendre le développement osseux et comment cela influence les conditions affectant ces tissus chez les enfants et les adultes.
Cet article fait partie d’une collection de plus de 40 publications HCA dans des revues Nature Portfolio qui représentent une étape importante dans notre compréhension du corps humain. Ces études hautement complémentaires ont mis en lumière des aspects centraux du développement humain, de la santé et de la biologie des maladies, et ont conduit au développement d'outils et de technologies analytiques vitaux, qui contribueront tous à la création de l'Atlas des cellules humaines.1.
Le crâne des enfants durcit et fusionne complètement entre un et deux ans. Avant ce processus de développement, il existe des points mous dans le crâne qui permettent au cerveau de continuer à se développer après la naissance de l'enfant. Dans certains cas, ces points mous fusionnent trop tôt, provoquant une affection appelée craniosténose, qui empêche le cerveau de se développer.
Au Royaume-Uni, cette pathologie est généralement traitée rapidement par une opération, mais si elle n'est pas traitée, elle peut provoquer une accumulation de pression dans le crâne, entraînant des difficultés d'apprentissage, des problèmes de vue et une perte auditive. Bien que la craniosténose ait été liée à des mutations génétiques, il n’a pas été possible jusqu’à présent d’identifier quelles cellules chez l’homme ces mutations perturbent.
L'arthrose (OA) est la forme d'arthrite la plus courante au Royaume-Uni et rend les articulations, telles que la hanche et les genoux, douloureuses et raides au fil du temps. Cela est dû au fait que la couche protectrice, appelée cartilage, autour de ces articulations est brisée ou usée. Finalement, dans la plupart des cas, il est nécessaire de remplacer l’articulation par une intervention chirurgicale majeure, car les adultes ne peuvent pas développer de nouvelles cellules pour réparer le cartilage endommagé.
Grâce à une nouvelle technologie de pointe, des chercheurs de l'Institut Sanger et des collaborateurs ont cartographié le développement du squelette au cours du premier trimestre de la grossesse, de 5 à 11 semaines après la conception, aux niveaux spatial et unicellulaire. Cela leur a permis de décrire toutes les cellules, réseaux de gènes et interactions impliqués dans la croissance osseuse au début du développement, y compris la position des cellules dans les tissus à croissance rapide.
La carte unicellulaire a révélé comment les cellules cartilagineuses se développent d’abord, agissant comme un échafaudage sur lequel les cellules osseuses se développent ensuite. L’équipe a mis en évidence comment cela se produit partout dans le squelette, à l’exception du sommet du crâne, appelé calvarium. Dans le calvaire, ils ont découvert de nouveaux types de cellules osseuses précoces impliquées dans le développement du crâne. L’équipe a étudié comment les mutations génétiques liées à la craniosténose perturbent ces premières cellules osseuses, les obligeant à fusionner trop tôt.
Les chercheurs ont également découvert que des variantes génétiques associées à un risque plus élevé d'arthrose de la hanche étaient impliquées dans le développement précoce des cellules osseuses et de leurs régulateurs en aval, tandis que les variantes affectant le risque d'arthrite du genou étaient impliquées dans la formation du cartilage.
De plus, l’équipe a utilisé l’atlas pour explorer l’impact des médicaments sur le développement du squelette. Ils ont dressé une liste de 65 médicaments cliniquement approuvés, qui ne sont actuellement pas recommandés pendant la grossesse, et ont souligné les cas où ils pourraient perturber le développement du squelette. En incluant ces informations dans l'atlas, il met en évidence l'impact que les médicaments peuvent avoir sur le développement humain et pourrait être instructif pour déterminer si les traitements sont sans danger pendant la grossesse.
Il existe d’innombrables processus qui agissent de concert au cours du développement du squelette humain et des articulations, et nos recherches ont caractérisé les types de cellules et les mécanismes impliqués dans la formation des os et la fusion du crâne. En les étudiant, nous avons pu contextualiser les variantes de l’ADN liées à des affections congénitales, telles que la craniosynostose, prédisant l’impact des changements génétiques sur le squelette en développement. À terme, l’utilisation de cet atlas pourrait nous aider à mieux comprendre l’état du squelette jeune et vieillissant. Avoir ce « plan » de formation osseuse peut également nous aider à développer des moyens efficaces de développer des cellules osseuses et cartilagineuses dans une assiette, ce qui présente un énorme potentiel thérapeutique. »
Dr Ken To, co-premier auteur du Wellcome Sanger Institute
Le Dr Jan Patrick Pett, co-premier auteur du Wellcome Sanger Institute, a déclaré : « Nous sommes ravis d'avoir créé la première carte multiomique du squelette humain en développement, quelque chose qui a un vaste potentiel pour comprendre comment nos os se développent. et traiter les conditions qui pourraient avoir un impact sur cela. Notre atlas multicouche, résolu dans le temps et dans l'espace, a permis de nouvelles analyses informatiques, que nous avons utilisées pour créer une vue intégrée de la façon dont les processus de développement sont régulés. formes de squelette, et la façon dont cela impacte des maladies telles que l'arthrose pourrait aider à débloquer de nouveaux traitements à l'avenir.
Le professeur Sarah Teichmann, co-fondatrice de l'Atlas des cellules humaines et auteur principal du Wellcome Sanger Institute, désormais basé au Cambridge Stem Cell Institute de l'Université de Cambridge, a déclaré : « Notre atlas squelettique unique, disponible gratuitement, jette un nouvel éclairage sur le cartilage. , des os et du développement articulaire au cours du premier trimestre, détaillant pour la première fois les cellules et les voies impliquées ensemble. Cet atlas combine une technologie spatiale de pointe avec l'analyse génétique et peut être utilisé par la communauté des chercheurs du monde entier. Le développement osseux dans l'espace et le temps est coordonné avec d'autres études, ce qui rapproche l'ensemble de l'initiative Human Cell Atlas de la compréhension complète de ce qui se passe dans le corps humain à travers le développement, la santé et la maladie.
