Les protocoles qui permettent la transformation de lignées de cellules souches pluripotentes induites par l'homme (iPSC) en organoïdes ont changé la façon dont les scientifiques peuvent étudier les processus de développement et leur permettent de déchiffrer l'interaction entre les gènes et la formation des tissus, en particulier pour les organes où le tissu primaire n'est pas disponible. Gray Camp, chef de l'IOB Human Retina and Organoid Development Group et ses collègues ont appliqué cette technologie pour étudier les effets sur le développement de l'ADN de Néandertal, pendant son séjour à l'Institut Max Planck d'anthropologie évolutive à Leipzig, en Allemagne. Les résultats sont rapportés dans la revue Stem Cell Reports.
«Les cellules souches humaines en culture peuvent s'auto-organiser en structures tridimensionnelles complexes qui ressemblent à la rétine, au cerveau, au foie, à l'intestin ou à d'autres organes en développement. Il s'agit d'une nouvelle percée passionnante dans la compréhension des maladies humaines dans plusieurs systèmes organiques. Chez IOB, nous sommes en utilisant des technologies organoïdes pour comprendre et modéliser les maladies rétiniennes, et pour tester nos conceptions thérapeutiques – certaines d'entre elles sont personnalisées en fonction de la maladie d'un patient », explique Gray Camp.
Dans le travail maintenant publié dans Stem Cell Reports, l'équipe a utilisé des cellules souches pluripotentes induites par l'homme (iPSC) pour suivre l'ARN dérivé de Néandertal à travers les processus de développement. Les protocoles qui permettent la transformation des lignées iPSC en organoïdes ont changé la façon dont les scientifiques peuvent étudier les processus de développement et leur permettre de déchiffrer l'interaction entre les gènes et la formation des tissus, en particulier pour les organes où le tissu primaire n'est pas disponible.
L'utilisation des lignées iPSC pour étudier les fonctions de l'ADN humain archaïque est une approche inexploitée mais très intéressante. Personne n'a jamais été en mesure d'examiner le rôle de l'ADN de Néandertal au cours du développement. «
Gray Camp, auteur principal
Des études ont montré qu'environ 2% des génomes des humains modernes en dehors de l'Afrique sont composés d'ADN de Néandertal. Cet ADN archaïque est le résultat de l'accouplement entre les deux groupes il y a des dizaines de milliers d'années.
Dans la nouvelle étude, l'équipe a utilisé des ressources de la Human Induced Pluripotent Stem Cells Initiative (HipSci), un consortium international qui fournit des données et des lignées cellulaires pour la recherche. Presque toutes les données et les lignées cellulaires de HipSci proviennent de personnes d'origine britannique et nord-européenne. Les chercheurs ont analysé cette ressource de lignée cellulaire pour sa teneur en ADN de Néandertal et ont annoté des variantes fonctionnelles de Néandertal pour chacune des lignées cellulaires.
«Certains allèles de Néandertal ont une fréquence relativement élevée dans cette population», explique Gray Camp. « Pour cette raison, cette ressource iPSC contient certains gènes homozygotes pour les allèles de Néandertal, y compris des gènes associés à la couleur de la peau et des cheveux qui sont très répandus chez les Européens. »
L'équipe de Gray Camp a utilisé quatre lignées cellulaires pour générer des organoïdes cérébraux et a généré des données de séquençage d'ARN unicellulaire pour analyser leur composition cellulaire. Ils ont montré que ces données transcriptomiques pouvaient être utilisées pour suivre l'ARN dérivé de Néandertal à travers les processus de développement. « Il s'agit d'une étude de démonstration de principe montrant que vous pouvez utiliser ces ressources pour étudier l'activité de l'ADN de Néandertal dans un processus de développement », explique Camp. « Le vrai défi sera d'augmenter le nombre de lignes dans une expérience, mais cela commence déjà à être possible. »
Gray Camp note que cette recherche pourrait être élargie pour étudier d'autres populations humaines anciennes, y compris les Denisoviens, qui ont des gènes présents principalement dans les populations océaniennes. Son équipe prévoit également de continuer à étudier les allèles de Néandertal en utilisant HipSci et d'autres ressources. « Les organoïdes peuvent être utilisés pour étudier un certain nombre de différents processus de développement et phénotypes contrôlés par l'ADN de Néandertal, y compris le tractus intestinal et la digestion, la cognition et la fonction neurale, et la réponse immunitaire aux pathogènes », conclut-il.
La source:
Institut d'ophtalmologie moléculaire et clinique de Bâle (IOB)
Référence du journal:
Dannemann, M., et coll. (2020) Les ressources de cellules souches humaines sont une percée dans les fonctions de l'ADN de Néandertal. Rapports sur les cellules souches. doi.org/10.1016/j.stemcr.2020.05.018.
