Auparavant, des recherches sur le contrôle des réseaux de gènes ont été effectuées sur la base d'une seule réponse stimulus des cellules. Plus récemment, des études ont été proposées pour analyser précisément les réseaux de gènes complexes pour identifier les cibles de contrôle. Une équipe de recherche kaist a réussi à développer une technologie universelle qui identifie les cibles de contrôle des gènes dans des réseaux de gènes cellulaires altérés et les restaure. Cette réalisation devrait être largement appliquée à de nouvelles thérapies anticancéreuses telles que la réversibilité du cancer, le développement de médicaments, la médecine de précision et la reprogrammation pour la thérapie cellulaire.
Kaist (le président Kwang Hyung Lee) a annoncé le 28 août que l'équipe de recherche du professeur Kwang-Hyun Cho du Département de biographie et de génie du cerveau a développé une technologie pour identifier systématiquement les cibles de contrôle des gènes qui peuvent restaurer les modèles de stimulus-réponse altérés des cellules à la normale en utilisant une approche algébraïque. L'approche algébrique exprime les réseaux de gènes comme des équations mathématiques et identifie les cibles de contrôle par des calculs algébriques.
L'équipe de recherche a représenté les interactions complexes entre les gènes d'une cellule en tant que « diagramme de circuit logique » (réseau booléen). Sur la base de cela, ils ont visualisé comment une cellule réagit aux stimuli externes en tant que «carte paysagère» (paysage phénotype).
En appliquant une méthode mathématique appelée «produit semi-tendule», ils ont développé un moyen de calculer rapidement et avec précision comment la réponse cellulaire globale changerait si un gène spécifique était contrôlé.
Cependant, parce que les gènes clés qui déterminent les réponses cellulaires réelles nombrement par milliers, les calculs sont extrêmement complexes. Pour y remédier, l'équipe de recherche a appliqué une méthode d'approximation numérique (approximation de Taylor) pour simplifier les calculs. En termes simples, ils ont transformé un problème complexe en une formule plus simple tout en donnant des résultats presque identiques.
Grâce à cela, l'équipe a pu calculer quel état stable (attracteur) qu'une cellule atteindrait et prédire comment l'état de la cellule changerait lorsqu'un gène particulier était contrôlé. En conséquence, ils ont pu identifier les cibles de contrôle des gènes centrales qui pourraient restaurer des réponses cellulaires anormales aux états les plus similaires à la normale.
L'équipe du professeur Cho a appliqué la technologie de contrôle développée à divers réseaux de gènes et a vérifié qu'elle peut prédire avec précision les cibles de contrôle des gènes qui restaurent les modèles de stimulus-réponse des cellules à la normale.
En particulier, en l'appliquant aux réseaux de cellules cancéreuses de la vessie, ils ont identifié des cibles de contrôle des gènes capables de restaurer des réponses modifiées à la normale. Ils ont également découvert des cibles de contrôle des gènes dans les réseaux de gènes déformés à grande échelle pendant la différenciation des cellules immunitaires qui sont capables de restaurer les modèles de réponse stimulus normaux. Cela leur a permis de résoudre des problèmes qui ne nécessitaient auparavant que des recherches approximatives via de longues simulations informatiques de manière rapide et systématique.
Cette étude est évaluée comme une technologie originale de base pour le développement du modèle de jumeau cellulaire numérique, qui analyse et contrôle le paysage phénotype des réseaux de gènes qui déterminent le destin des cellules. À l'avenir, il devrait être largement applicable à travers les sciences de la vie et la médecine, y compris de nouvelles thérapies anticancéreuses grâce à la réversibilité du cancer, au développement de médicaments, à la médecine de précision et à la reprogrammation de la thérapie cellulaire. «
Professeur Kwang-hyun Cho, Kaist
L'étudiant Kaist Master Insoo Jung, le doctorant Corbin Hopper, le doctorant Seong-Hoon Jang et le doctorant Hyunsoo Yeo ont participé à cette étude. Les résultats ont été publiés en ligne le 22 août dans Science Advances, une revue internationale publiée par l'American Association for the Advancement of Science (AAAS).
※ Titre du papier: « Reverse contrôle des réseaux biologiques pour restaurer les paysages du phénotype »
※ doi: https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adw3995
Cette recherche a été soutenue par le programme de chercheurs à mi-carrière et le programme de laboratoire de recherche fondamental de la National Research Foundation of Korea, financée par le ministère des Sciences et des TIC.
