Pendant qu’ils lisent ces lignes, quelque 30 milliards de cellules font des heures supplémentaires dans leur corps dans le seul but de les maintenir en vie dans les meilleures conditions possibles. Malgré le fait que cette énorme masse de cellules partage le même code génétique, chacune utilise ce « mode d’emploi » d’une manière différente. Cela explique pourquoi, malgré le fait qu’elles proviennent toutes des deux mêmes cellules initiales, un ovule et un spermatozoïde, certaines finissent par se différencier en globules rouges, d’autres en neurones, ou en fibroblastes, etc.
Jusqu’à présent, on ignorait quelle partie du génome chaque cellule “lisait” pour remplir ses fonctions, ni ce qui s’était passé pour qu’elle cesse de les remplir ou les remplisse mal et provoquait des maladies. De plus, tous les types de cellules qui composaient les tissus et les organes du corps n’étaient pas connus, ni dans quel état ils se trouvaient. Ou s’ils étaient les mêmes lorsqu’ils étaient présents dans différentes parties du corps. Comme si, dans le domaine du sport, on ne savait pas quel genre de joueurs – défenseurs, attaquants, latéraux – composent une équipe de basket ou de water-polo. Ou si le gardien de handball est le même que le gardien de football.
Les découvertes ouvrent la porte à une meilleure compréhension des maladies rares ; développer des vaccins plus précis et plus efficaces, des immunothérapies contre le cancer et des traitements de médecine régénérative.
Aujourd’hui, un consortium international signé par plus de 2 300 membres de 83 pays différents, appelé Human Cell Atlas (HCA), a publié quatre articles exhaustifs dans la revue Science dans lesquels ils parviennent à tracer une carte très détaillée – la plus détaillée à ce jour – de plus d’un million de cellules présentes dans 33 parties de notre corps.
Il s’agit d’une étape importante qui fournit des connaissances nouvelles et précieuses sur la biologie humaine et, en particulier, sur le système immunitaire ; et cela a permis d’identifier des types cellulaires jusqu’alors inconnus. Les découvertes présentées dans les études ouvrent la porte à une meilleure compréhension des maladies rares ; pour développer des vaccins plus précis et efficaces, des immunothérapies contre le cancer ou encore promouvoir des traitements de médecine régénérative.
Image virtuelle d’un neurone à corps de Lewy
plus haute résolution
“Il s’agit d’une carte Google Maps de l’organisme, dans laquelle nous fournissons la vue Street View des cellules individuelles et les localisons dans les tissus”, compare Sarah Teichmann, chercheuse au Wellcome Sanger Institute, co-auteur de deux des études et promoteur du HCA en 2016.
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Ces quatre travaux caractérisent les cellules au niveau moléculaire. “Les principaux types de cellules étaient déjà connus, dont nous avions des connaissances cytologiques, en étudiant leur forme, et nous connaissions leur fonction”, explique Roderic Guigó, coordinateur du programme de bioinformatique au Centre de régulation génomique (CRG) de Barcelone, qui Il est membre du comité d’éthique du HCA.
« Mais au sein de ces grands groupes, il existe des sous-groupes : tous les neurones ne sont pas identiques et cela est difficile à distinguer lorsqu’on les étudie au microscope. Ce travail nous a permis d’augmenter la résolution ».
Globule blanc attaquant la cellule cancéreuse
Poursuivant la métaphore du sport que nous avons utilisée au début de cet article, les atlas de cellules humaines qui sont désormais publiés, ouvertement, à la disposition de toute la communauté scientifique, permettent de savoir si un joueur est un ailier gauche ou un arrière droit. . Et différencier précisément ce qu’est un gardien de water-polo et ce qu’est un gardien de hockey et les fonctions exactes qu’ils remplissent dans son environnement spécifique.
Des connaissances inédites sur le système immunitaire
Les deux premiers travaux, menés par le Wellcome Sanger Institute de Cambridge (Royaume-Uni), portent sur les cellules immunitaires, tant au cours du développement embryonnaire que dans les tissus et organes adultes. Traditionnellement, les scientifiques se limitaient à étudier le rôle des cellules de défense circulant dans le sang ; Dans ce cas, les chercheurs ont analysé les organes et les tissus dans lesquels les cellules immunitaires sont générées, les régions du corps vers lesquelles elles migrent, comme les intestins, la peau ou les poumons, mais aussi celles dans lesquelles elles mûrissent, comme les ganglions lymphatiques. et la rate.
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Les cellules de défense jouent un rôle crucial dans le maintien de la santé et la lutte contre les infections. Les chercheurs ont pu comparer des types spécifiques de ces cellules, tels que les lymphocytes T, présents dans différents tissus du corps, et ont identifié un sous-type de cellules T mémoire dans diverses régions du corps. Dans l’une des études, dirigée par la chercheuse espagnole Cecilia Domínguez Conde, ils ont lu le génome de 330 000 cellules de défense de 16 tissus corporels dans le but de comprendre quelles fonctions spécifiques elles remplissaient. Selon Teichmann, “nous avons trouvé le système GPS moléculaire pour les cellules immunitaires situées dans des organes spécifiques du corps”.
Ils ont également utilisé l’intelligence artificielle, en particulier un algorithme d’apprentissage automatique qu’ils ont baptisé CellTypist, avec lequel ils ont automatisé l’identification des types de cellules. De cette façon, ils ont réussi à dresser un atlas des cellules immunitaires qui révèle comment elles interagissent avec chaque région du corps, les similitudes et les différences que ces cellules partagent en fonction du tissu dans lequel elles se trouvent et du stade de la vie. Ces connaissances ouvrent la porte à l’amélioration des thérapies visant à stimuler une réponse immunitaire, comme les vaccins ou les traitements contre le cancer.
“Nous avons découvert le système GPS moléculaire pour les cellules immunitaires situées dans des organes spécifiques du corps.”
La troisième étude, dirigée par le Broad Institute du MIT et l’Université de Harvard, analyse 210 000 cellules dans le but d’identifier les gènes qui causent la maladie. Utilisant également des algorithmes d’apprentissage automatique, ils ont pu associer les cellules de l’atlas à 6 000 maladies monogéniques (causées par un seul gène) et à des maladies génétiques plus complexes, ce qui permettra de progresser dans l’étude de ces maladies.
Aviv Regev, chercheur au Broad Institute et co-auteur de cette étude, a expliqué lors d’une conférence de presse avoir découvert qu’un type de cellule qui n’est pas musculaire est, par exemple, impliqué dans la dystrophie musculaire. “Il existe une mutation dans les gènes qui ne sont pas exprimés par les cellules musculaires et qui affecte d’autres cellules qui se trouvent dans les muscles, essentielles pour la fonction musculaire et qui peuvent provoquer une dystrophie”, souligne Regev.
Enfin, dans le quatrième atlas cellulaire, Tabula Sapiens, une équipe composée de plus de 160 experts parvient à cartographier l’expression des gènes dans près d’un demi-million de cellules vivantes issues de 24 tissus et organes. Ils offrent la définition moléculaire de plus de 400 types cellulaires. Entre autres découvertes, ils ont constaté qu’une protéine appelée CD47, qui est impliquée à la fois dans le cancer et dans l’accumulation de plaques dans les parois des artères, diffère grandement d’une cellule à l’autre. Cette découverte pourrait faciliter la conception de médicaments plus ciblés avec moins d’effets secondaires.
