Un nouvel outil génétique développé pour étiqueter des gènes spécifiques dans les organoïdes humains

Des chercheurs du groupe de Hans Clevers à l'Institut Hubrecht ont développé un nouvel outil génétique pour étiqueter des gènes spécifiques dans des organoïdes humains, ou mini-organes. Ils ont utilisé cette nouvelle méthode, appelée CRISPR-HOT, pour étudier comment les hépatocytes se divisent et comment les cellules anormales avec trop d'ADN apparaissent. En désactivant le gène du cancer TP53, ils ont montré que les divisions non structurées d'hépatocytes anormaux étaient plus fréquentes, ce qui peut contribuer au développement du cancer. Leurs résultats ont été décrits et publiés dans la revue scientifique Biologie cellulaire de la nature.

Les organoïdes sont des mini-organes qui peuvent être cultivés en laboratoire. Ces mini-organes se développent à partir d'un très petit morceau de tissu, ce qui est possible pour divers organes. La capacité de modifier génétiquement ces organoïdes aiderait beaucoup à étudier les processus biologiques et à modéliser les maladies. Jusqu'à présent cependant, la génération d'organoïdes humains génétiquement modifiés s'est avérée difficile en raison du manque de méthodes d'ingénierie génomique faciles.

CRISPR-HOT

Il y a quelques années, les chercheurs ont découvert que CRISPR / Cas9, qui agit comme de minuscules ciseaux moléculaires, peut précisément couper à un endroit spécifique de l'ADN. Cette nouvelle technologie a grandement aidé et simplifié le génie génétique.

La petite blessure dans l'ADN peut activer deux mécanismes de réparation différents dans les cellules, qui peuvent tous deux être utilisés par les chercheurs pour contraindre les cellules à absorber une nouvelle partie de l'ADN, à l'endroit de la blessure. « 

Delilah Hendriks, Institut Hubrecht

Une de ces méthodes, appelée jonction d'extrémité non homologue, était considérée comme faisant fréquemment des erreurs et, par conséquent, jusqu'à présent peu utilisée pour insérer de nouveaux morceaux d'ADN. « Étant donné que certains travaux antérieurs chez la souris ont indiqué que de nouveaux morceaux d'ADN peuvent être insérés via une jonction d'extrémité non homologue, nous avons entrepris de tester cela dans des organoïdes humains », explique Benedetta Artegiani (Hubrecht Institute). Artegiani et Hendriks ont ensuite découvert que l'insertion de n'importe quel morceau d'ADN dans des organoïdes humains par une jonction d'extrémité non homologue est en fait plus efficace et robuste que l'autre méthode qui a été utilisée jusqu'à présent. Ils ont nommé leur nouvelle méthode CRISPR-HOT.

Cellules colorantes

Les chercheurs ont ensuite utilisé CRISPR-HOT pour insérer des marqueurs fluorescents dans l'ADN d'organoïdes humains, de telle manière que ces marqueurs fluorescents étaient attachés à des gènes spécifiques qu'ils voulaient étudier. Tout d'abord, les chercheurs ont identifié des types spécifiques de cellules très rares dans l'intestin: les cellules entéro-endocrines. Ces cellules produisent des hormones pour réguler par exemple les niveaux de glucose, l'apport alimentaire et la vidange de l'estomac. Parce que ces cellules sont si rares, elles sont difficiles à étudier. Cependant, avec CRISPR-HOT, les chercheurs ont facilement « peint » ces cellules de différentes couleurs, après quoi elles les ont facilement identifiées et analysées. Deuxièmement, les chercheurs ont peint des organoïdes dérivés d'un type cellulaire spécifique du foie, les cellules canalaires biliaires. À l'aide de CRISPR-HOT, ils ont visualisé les kératines, protéines impliquées dans le squelette des cellules. Maintenant qu'ils pouvaient regarder ces kératines en détail et à haute résolution, les chercheurs ont découvert leur organisation de manière ultra-structurelle. Ces kératines changent également d'expression lorsque les cellules se spécialisent ou se différencient. Par conséquent, les chercheurs prévoient que CRISPR-HOT pourrait être utile pour étudier le devenir et la différenciation des cellules.

Division cellulaire anormale dans le foie

Dans le foie, il existe de nombreux hépatocytes qui contiennent deux fois (voire plus) l'ADN d'une cellule normale. On ne sait pas comment ces cellules sont formées et si elles sont capables de se diviser en raison de cette quantité anormale d'ADN. Les adultes plus âgés contiennent davantage de ces hépatocytes anormaux, mais on ne sait pas s'ils sont liés à des maladies telles que le cancer. Artegiani et Hendriks ont utilisé CRISPR-HOT pour étiqueter des composants spécifiques du mécanisme de division cellulaire dans les organoïdes des hépatocytes et ont étudié le processus de division cellulaire. Artegiani: « Nous avons vu que les hépatocytes » normaux « se divisent de manière très ordonnée, se divisant toujours en deux cellules filles dans une certaine direction ». Hendriks: « Nous avons également trouvé plusieurs divisions dans lesquelles un hépatocyte anormal s'est formé. Pour la première fois, nous avons vu comment un hépatocyte » normal « se transforme en un hépatocyte anormal. » De plus, les chercheurs ont étudié les effets d'une mutation souvent retrouvée dans le cancer du foie, dans le gène TP53, sur la division cellulaire anormale dans les hépatocytes. Sans TP53, ces hépatocytes anormaux se divisaient beaucoup plus souvent. C'est peut-être l'une des façons dont TP53 contribue au développement du cancer.

Les chercheurs croient que CRISPR-HOT peut être appliqué à de nombreux types d'organoïdes humains, pour visualiser n'importe quel type de gène ou de cellule et pour étudier de nombreuses questions liées au développement et à la maladie.