Certains pourraient dire que cela ressemble à un doigt. D'autres pourraient voir un ver. Les scientifiques du domaine le comparent souvent à une antenne. Le nom technique est le cilium primaire. Cet appendice mince et microscopique se détache de la surface de la plupart des cellules du corps humain – et pourtant pendant de nombreuses années, il manquait complètement dans les illustrations du manuel.
Les scientifiques ont commencé à prêter plus d'attention aux cils primaires vers 2003. C'est alors qu'un scientifique du Memorial Sloan Kettering Cancer Center (MSK), feu Kathryn Anderson, PhD, a découvert que les cils primaires jouent un rôle extrêmement important dans le développement d'embryons: ils traitent des signaux d'une famille de protéines appelée Hedgehog qui cue la structure de l'embryo précoce, notamment la formation de la formation de la nationnelle.
Depuis lors, cet organelle de type d'antenne est devenu un sujet brûlant pour la recherche, en partie parce que les défauts des cils primaires peuvent entraîner une série de problèmes médicaux – tout, de la perte auditive et de la fente palatine à la possibilité d'avoir ses organes internes du mauvais côté. Mais une question majeure sans réponse est de savoir quels signaux moléculaires disent aux cellules de faire un cil primaire en premier lieu.
Dans un nouvel article publié cette semaine dans ScienceLes biologistes de développement MSK Yinwen Liang, PhD, et Alexandra Joyner, PhD, rapportent qu'ils ont résolu une partie du mystère: deux facteurs de transcription, SP5 et SP8, agissent comme une sorte de commutateur de marche pour l'initiation de la formation de cilium. Dans les cellules sans cilium primaire, allumer ces gènes peut les faire en construire un.
Les résultats ont des implications immédiates et à long terme pour la compréhension et le traitement des maladies causées par des cils primaires manquants ou défectueux – appelés ciliopathies – qui affectent 1 sur 2 000 personnes dans le monde.
Mettre de nouveaux outils à utiliser pour étudier la formation de cilium
Lorsque le Dr Liang, un scientifique principal du Joyner Lab et anciennement boursier postdoctoral dans le laboratoire de Kathryn Anderson, a d'abord commencé à réfléchir à la raison pour laquelle certains types de cellules ont des cils primaires et d'autres non, elle soupçonnait que c'était un cas de désassemblage préférentiel – c'est-à-dire que les cellules dépourvues de cils primaires promouvaient activement le désaffusion de la structure. Dans les cellules qui font un cil primaire, peut-être ce processus de démontage est désactivé, de sorte que les protéines peuvent s'accumuler et en former une.
Mais les expériences conçues pour cibler et bloquer un tel démontage ont eu peu d'effet sur la présence ou l'absence de cils primaires. Cela a conduit le Dr Liang à faire équipe avec le Dr Joyner, dont le laboratoire au Sloan Kettering Institute a d'excellents outils pour étudier comment les gènes régulent les processus de développement. Si le démontage n'est pas la clé, pensaient-ils, alors peut-être que les facteurs de transcription qui activent ou désactivent les gènes spécifiques est ce qui détermine si une cellule construit un cil primaire.
Pour se poser sur cette question, Drs. Liang et Joyner ont d'abord utilisé une méthode appelée séquençage d'ARN unique (SCRNASEQ) pour identifier lesquels des gènes impliqués dans la formation et la fonction des cils sont activés dans les types de cellules avec et sans cils primaires. Les scientifiques ont profité du fait que la plupart des cellules de l'embryon de souris ont des cils primaires tandis que les cellules du sac jaune de souris extra-embryonnaire ne le font pas. En utilisant Scrnaseq, ils ont identifié plus de 100 de ces gènes qui sont plus fortement exprimés dans les cellules ciliées.
Ensuite, ils se sont demandé si l'un de ces gènes était de soi-disant facteurs de transcription – des protéines dont la fonction principale est de tourner les autres gènes. Pour répondre à cette question, ils se sont tournés vers une technique appelée test de chromatine accessible à la transposase avec séquençage (ATAC-Seq), qui révèle où le génome est « ouvert » et peut être « lu » ou transcrit.
En utilisant cette méthode, les scientifiques ont pu rentrer chez eux sur deux gènes qui avaient des signes révélateurs d'être des facteurs de transcription. Une analyse plus approfondie a révélé que ces deux gènes, SP5 et SP8étaient très actifs dans les types de cellules avec un cil primaire, mais inactif dans les cellules en manquant d'une.
Trouver les facteurs qui «changent le tout»
Les résultats les plus agréables sont venus lorsqu'ils ont éliminé ces gènes dans des cellules avec des cils ou les ont introduits dans des cellules dépourvues de cils. Ces résultats ont montré que SP5 et SP8 étaient nécessaires pour la formation primaire de cil dans l'embryon de souris précoce. De plus, simplement surexprimant un gène, SP8c'était suffisant pour initier la formation primaire de cil dans les cellules sans elles.
Si vous ajoutez SP8 aux cellules extra-embryonnaires, de nombreuses cellules fabriquent désormais des cils. Personne n'a jamais vu ce résultat auparavant. «
Dr Alexandra Joyner, PhD, biologiste du développement MSK
Drs. Liang et Joyner ont estimé que ces deux protéines, SP5 et SP8, sont assises au sommet de l'arbre de décision de la cellule pour faire des cils primaires. « Nous le voyons comme une grande percée pour trouver les facteurs de transcription en amont qui allument le tout », ajoute le Dr Liang.
La Dre Liang quittera MSK sous peu pour commencer son propre laboratoire en Chine, où elle espère continuer à travailler sur la traduction de ces découvertes de base en percées cliniques pour les personnes atteintes de ciliopathies.
« Mon objectif à long terme est d'améliorer notre compréhension de la façon dont les cils sont formés, puis d'utiliser ces informations au profit de l'étude clinique des ciliopathies », dit-elle.
Le Dr Joyner a pris sa retraite de MSK plus tôt cette année et est maintenant membre émérite de la faculté MSK. En savoir plus sur sa longue et distinguée carrière.
