Dans un travail qui améliorera l’étude de maladies aussi disparates que les accidents vasculaires cérébraux et la démence, des chercheurs de l’UC San Francisco ont répertorié toutes les cellules qui forment les vaisseaux sanguins du cerveau humain, ainsi que leurs emplacements et les gènes transcrits dans chacune.
L’atlas caractérise plus de 40 types de cellules jusque-là inconnues, y compris une population de cellules immunitaires dont la communication avec les cellules vasculaires du cerveau contribue au saignement d’un AVC hémorragique. Cette forme dévastatrice d’AVC représente 10 à 15 % de tous les AVC aux États-Unis, principalement chez les jeunes. Environ la moitié des AVC hémorragiques sont mortels.
Les résultats serviront de base à de nouvelles recherches sur la vascularisation cérébrale à l’échelle mondiale, ont déclaré les scientifiques.
« Cette recherche nous donne la carte et la liste des cibles pour commencer à développer de nouvelles thérapies qui pourraient changer la façon dont nous traitons de nombreuses maladies cérébrovasculaires », a déclaré Ethan Winkler, MD, PhD, neurochirurgien et associé de recherche à l’UCSF Weill Institute for Neurosciences et l’un des principaux auteurs de l’étude, qui apparaît dans le numéro du 27 janvier de La science.
Enchevêtrements dans le système vasculaire cérébral
L’équipe, dirigée par Adib Abla, MD, professeur agrégé de chirurgie neurologique et Daniel Lim, MD, PhD, professeur de chirurgie neurologique, tous deux membres de l’UCSF Weill Institute for Neuroscience, ainsi que Tomasz Nowakowski, PhD, ont analysé des cellules dans des malformations artério-veineuses , ou MAV, enchevêtrements d’artères mal formées dans le cerveau qui sont souvent à l’origine d’un AVC hémorragique. Ils ont comparé les MAV avec des échantillons de système vasculaire cérébral normal de cinq volontaires qui subissaient déjà une chirurgie cérébrale pour l’épilepsie.
L’UCSF, classée n°1 en neurochirurgie par US News, est l’un des principaux centres nationaux de chirurgie et de soins des MAV cérébrales.
Certains des 44 échantillons de tissu AVM, acquis lors de chirurgies délicates effectuées par Abla, chef de la chirurgie neurologique, avaient été retirés du cerveau du patient alors qu’ils étaient encore intacts, et d’autres échantillons n’ont été retirés qu’après qu’ils aient commencé à saigner. Les trois variétés de tissus – les MAV normales, intactes et les MAV qui avaient saigné – ont permis aux chercheurs d’obtenir une image plus complète des différences entre le fonctionnement normal des cellules et les différents états de la maladie.
En collaboration avec le Centre de recherche cérébrovasculaire, l’équipe a utilisé le séquençage d’ARNm unicellulaire sur plus de 180 000 cellules pour déterminer quels gènes étaient exprimés dans les différents échantillons et a fait correspondre l’expression des gènes avec l’emplacement d’une cellule. Chang Kim, étudiant diplômé en bioinformatique à l’UCSF et co-auteur principal de l’étude, a ensuite développé des analyses informatiques qui ont comparé l’expression des gènes dans les cellules normales et malades.
Une cellule immunitaire surprise
Les résultats ont révélé non seulement une variété de nouveaux types de cellules, mais une population de cellules immunitaires qui semblent communiquer avec les cellules musculaires lisses dans les artères malades et les affaiblir, entraînant un accident vasculaire cérébral. Les scientifiques soupçonnent que le système immunitaire est activé par des malformations comme les MAV. Mais Nowakowski a déclaré: « Sans cette étude, nous ne serions pas en mesure d’identifier cette population très spécifique de cellules dans le sang qui pourraient être les principaux moteurs de la progression de la maladie. »
L’identification de ces cellules immunitaires spécifiques change complètement la façon dont les chercheurs peuvent penser à traiter ce type de maladie vasculaire, a-t-il ajouté. Si les cellules circulent dans le sang, il peut être possible de réduire le risque d’AVC en modulant le système immunitaire.
« Cela ouvre un énorme potentiel thérapeutique », a déclaré Nowakowski.
Ce potentiel s’étend au-delà de l’AVC. La carte peut aider à étudier n’importe quelle maladie neurovasculaire, y compris l’une des plus courantes : la démence.
De nombreuses formes de démence, y compris la maladie d’Alzheimer, semblent avoir un fondement vasculaire. Nous avons besoin d’un atlas comme celui-ci pour mieux comprendre comment les changements dans le système vasculaire peuvent contribuer à la perte de cognition et de mémoire. »
Daniel Lim, MD, PhD, professeur de chirurgie neurologique, Université de Californie – San Francisco
« Ce travail était vraiment une belle collaboration entre les chirurgiens-chercheurs et les biologistes moléculaires, se déroulant dans un endroit avec un accès incroyable aux spécimens cliniques », a déclaré Lim. « C’est ce qui rend le Weill Institute of Neuroscience de l’UCSF si spécial. »
Bien que de nombreuses institutions n’aient pas accès à toutes ces ressources critiques, elles auront accès à l’ensemble de données de cette étude, a ajouté Lim. Nowakowski pense que ces informations permettront aux chercheurs du monde entier d’effectuer des analyses beaucoup moins coûteuses sur un grand nombre de patients, ce qui est le seul moyen d’obtenir une image plus complète du fonctionnement des maladies vasculaires.
« Comprendre les maladies cérébrovasculaires au niveau cellulaire et moléculaire amènera le travail de nombreux chercheurs dans de nouvelles directions », a déclaré Lim.
Un « tableau périodique » pour les cellules
L’étude de l’équipe contribue au Human Cell Atlas, un effort international visant à créer des cartes de référence cellulaire pour l’ensemble du corps.
Nowakowski appelle ces atlas un « tableau périodique des types de cellules ». Tout comme le tableau périodique chimique organise les éléments dans une structure qui permet aux chimistes d’établir des relations entre eux en fonction de leur emplacement dans le tableau, les atlas de cellules humaines révèlent l’emplacement des cellules dans le corps et les interactions qui en résultent entre elles.
Bien qu’il y ait beaucoup de travail en cours dans le monde pour générer ces atlas pour différents organes et tissus, beaucoup d’entre eux ne font que cartographier les emplacements géographiques des cellules. La comparaison des cellules normales et anormales dans cette recherche l’amène à un niveau supérieur, fournissant des conseils extrêmement raffinés pour le développement de médicaments.
« Notre étude démontre vraiment comment un atlas cellulaire peut être utilisé », a déclaré Nowakowski. « Avec notre » tableau périodique « comme référence, nous pouvons commencer à nous demander quelles cellules pourraient mal tourner dans la maladie et cibler très précisément ces cellules pour la thérapie. »
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