9 mars 2022
La plate-forme fournira un catalogue de cellules open source pour mieux comprendre les maladies du cerveau
La plate-forme fournira un catalogue de cellules open source pour mieux comprendre les maladies du cerveau
Les chercheurs de LA JOLLA—Salk Institute ont mis au point une nouvelle technologie génomique pour analyser simultanément l'ADN, l'ARN et la chromatine, une combinaison d'ADN et de protéines, d'une seule cellule. La méthode, qui a mis cinq ans à se développer, est une avancée importante pour les grandes collaborations où plusieurs équipes travaillent simultanément pour classer des milliers de nouveaux types de cellules. La nouvelle technologie, publiée dans Génomique cellulaire le 9 mars 2022, contribuera à rationaliser les analyses.
"Cette plate-forme multimodale va être utile en fournissant une base de données complète qui peut être utilisée par les groupes qui tentent d'intégrer leurs données monomodales", déclare Joseph Ecker, directeur du laboratoire d'analyse génomique, titulaire de la chaire de génétique du Conseil international Salk et chercheur à l'Institut médical Howard Hughes. "Ces nouvelles informations peuvent également informer et guider la future classification des types de cellules."
Ecker pense que cette technologie sera vitale pour les efforts à grande échelle, tels que le réseau de recensement cellulaire de l'initiative BRAIN des National Institutes of Health, qu'il copréside. Un effort majeur de l'initiative BRAIN est de développer des catalogues de types de cellules cérébrales de souris et humaines. Ces informations peuvent ensuite être utilisées pour mieux comprendre comment le cerveau grandit et se développe, ainsi que le rôle que jouent différents types de cellules dans les maladies neurodégénératives, telles que la maladie d'Alzheimer.
La technologie monocellulaire actuelle fonctionne en extrayant soit l'ADN, l'ARN ou la chromatine du noyau d'une cellule, puis en analysant sa structure moléculaire pour les modèles. Cependant, cette méthode détruit la cellule dans le processus, obligeant les chercheurs à s'appuyer sur des algorithmes de calcul pour analyser plus d'un de ces composants par cellule ou pour comparer les résultats.
Pour la nouvelle méthode, appelée snmCAT-seq, les scientifiques ont utilisé des biomarqueurs pour marquer l'ADN, l'ARN et la chromatine sans les retirer de la cellule. Cela a permis aux chercheurs de mesurer les trois types d'informations moléculaires dans la même cellule. Les scientifiques ont ensuite utilisé cette méthode pour identifier 63 types de cellules dans la région du cortex frontal du cerveau humain et ont évalué l'efficacité des méthodes de calcul pour l'intégration de plusieurs technologies unicellulaires. L'équipe a constaté que les méthodes de calcul ont une grande précision dans la caractérisation des populations de cellules cérébrales largement définies, mais montrent une ambiguïté significative dans l'analyse des types de cellules finement définis, suggérant la nécessité de définir les types de cellules par diverses mesures pour une classification plus précise.
La technologie pourrait également être utilisée pour mieux comprendre comment les gènes et les cellules interagissent pour provoquer des maladies neurodégénératives.
« Ces maladies peuvent largement affecter de nombreux types de cellules. Mais certaines populations de cellules pourraient être particulièrement vulnérables », déclare le co-premier auteur Chong Yuan Luo, maître de conférences en génétique humaine à École de médecine David Geffen à UCLA. « La recherche génétique a identifié les régions du génome qui sont pertinentes pour des maladies comme la maladie d'Alzheimer. Nous fournissons une autre dimension de données et identifions les types de cellules affectés par ces régions génomiques.
Dans une prochaine étape, l'équipe prévoit d'utiliser la nouvelle plate-forme pour étudier d'autres zones du cerveau et comparer les cellules de cerveaux humains sains avec celles de cerveaux atteints de la maladie d'Alzheimer et d'autres maladies neurodégénératives.
Parmi les autres auteurs, citons Hanqing Liu, Bang-An Wang, Zhuzhu Zhang, Dong-Sung Lee, Jingtian Zhou, Sheng-Yong Niu, Rosa Castanon, Anna Bartlett, Angeline Rivkin, Jacinta Lucero, Joseph R. Nery, Jesse R. Dixon et M Margarita Behrens de Salk; Fangming Xie, Ethan J. Armand, Wayne I. Doyle, Sebastian Preissl et Eran A. Mukamel de l'Université de Californie à San Diego ; Kimberly Siletti, Lijuan Hu et Sten Linnarsson du Karolinska Institutet en Suède ; Trygve E. Bakken, Rebecca D. Hodge et Ed Lein de l'Allen Institute for Brain Science à Seattle ; Rongxin Fang, Xinxin Wang et Bing Ren du Ludwig Institute for Cancer Research à La Jolla, Californie ; Tim Stuart et Rahul Satija du New York Genome Center ; et David A. Davis et Deborah C. Mash de l'Université de Miami.
La recherche a été soutenue par les National Institutes of Health (5R21HG009274, 5R21MH112161, 5U19MH11483, R01MH125252, U01HG012079, 5T32MH020002, R01HG010634 et U01MH114812), le Howard Hughes Medical Institute et l'UC San Diego School of Medicine.
DOI: 10.1016/j.xgen.2022.100107
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Génomique cellulaire
AUTEURS
Chongyuan Luo, Hanqing Liu, Fangming Xie, Ethan J. Armand, Kimberly Siletti, Trygve E. Bakken, Rongxin Fang, Wayne I. Doyle, Tim Stuart, Rebecca D. Hodge, Lijuan Hu, Bang-An Wang, Zhuzhu Zhang, Sebastian Preissl, Dong-Sung Lee, Jingtian Zhou, Sheng-Yong Niu, Rosa Castanon, Anna Bartlett, Angeline Rivkin, Xinxin Wang, Jacinta Lucero, Joseph R. Nery, David A. Davis, Deborah C. Mash, Rahul Satija, Jesse R Dixon, Sten Linnarsson, Ed Lein, M., Margarita Behrens, Bing Ren, Eran A. Mukamel et Joseph R. Ecker
COUVERTURE DU JOURNAL
Sur la couverture : les types de neurones corticaux humains peuvent être identifiés par leurs profils distincts d'ARN-seq, de chromatine ouverte ou de méthylome d'ADN de cytosine. Dans ce numéro de Génomique cellulaire, Luo et al. décrivent le développement d'une nouvelle méthode de profilage moléculaire à noyau unique appelée snmCAT-seq qui combine ces trois modalités individuelles. Cette méthode multi-omique, qui mesure simultanément la méthylation de l'ADN, l'accessibilité de la chromatine et les transcrits d'ARN présents dans un seul noyau, a été appliquée pour étudier la diversité des neurones corticaux du cerveau humain. L'image de couverture montre comment un trio diversifié de chercheurs, représentant le trio de modalités moléculaires mesurées par snmCAT, "seq" pour comprendre le fonctionnement interne du cerveau humain. Couverture par Scot Nicholls et Amy Cao (Salk Institute).
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Percer les secrets de la vie elle-même est la force motrice du Salk Institute. Notre équipe de scientifiques primés de classe mondiale repousse les limites des connaissances dans des domaines tels que les neurosciences, la recherche sur le cancer, le vieillissement, l'immunobiologie, la biologie végétale, la biologie computationnelle et bien plus encore. Fondé par Jonas Salk, développeur du premier vaccin sûr et efficace contre la polio, l'Institut est un organisme de recherche indépendant à but non lucratif et un monument architectural : petit par choix, intime par nature et intrépide face à tout défi.
