La robustesse du processus de développement des organismes multicellulaires suggère un programme de régulation dédié qui régit les trajectoires des décisions du destin cellulaire. Selon la théorie du paysage épigénétique de Waddington, les types de cellules différenciées résultent d’un état instable de tige/progéniteur et finissent par tomber dans des attracteurs de destin cellulaire stables. Le concept émergent du collecteur d’état dérivé de données unicellulaires a encore amélioré notre compréhension de la progression de la lignée. Quels sont les programmes de régulation des gènes sous-jacents à ces variétés d’état ? Comment sont-ils réglementés ? Ces deux questions restent énigmatiques dans ce domaine.
L’équipe de recherche dirigée par le professeur Guo Guoji et le professeur Han Xiaoping de la faculté de médecine de l’université du Zhejiang est depuis longtemps engagée dans la recherche sur le séquençage unicellulaire et les décisions sur le destin cellulaire. Ils ont développé Microwell-seq, une plate-forme de scRNA-seq à haut débit et à faible coût utilisant des dispositifs simples et peu coûteux. À l’aide de Microwell-seq, ils ont construit le premier atlas de cellules de souris et paysage de cellules humaines au monde, publié dans Cellule et La nature en 2018 et 2020 respectivement.
Sur cette base, l’équipe a effectué une analyse transcriptomique unicellulaire sur des souris à sept stades de la vie allant du stade embryonnaire précoce au stade adulte mature. Au total, ils ont dressé le profil de plus de 520 000 cellules individuelles et identifié des régulateurs maîtres communs à la lignée et spécifiques à la lignée impliqués dans les circuits déterminants du destin chez la souris. Ces résultats ont été publiés dans un article de recherche en libre accès intitulé « Systematic identification of cell-fate regulation programs using a single-cell atlas of mouse development » dans la revue Génétique naturelle le 11 juillet.
Dans cette étude, les chercheurs ont analysé les changements d’expressions génétiques chez la souris à différents stades allant du stade embryonnaire précoce au stade adulte mature : le jour embryonnaire (E) 10,5, E12,5, E14,5, le jour postnatal (P ) 0, P10, P21 et l’âge adulte (6-10 semaines). Les organes profilés impliquaient les systèmes neurologique, respiratoire, digestif, circulatoire, urinaire et reproducteur.
Des expériences ont révélé qu’au cours du processus de développement de la lignée, il y avait une diminution progressive de la plasticité transcriptionnelle. Les chercheurs ont construit un réseau de régulation systématique de facteurs de transcription, identifié plus de 900 régulons et déterminé 15 modèles d’expression différents, y compris des programmes de régulation communs à la lignée et spécifiques à la lignée. Ils ont comparé les idiosyncrasies de différenciation de différentes lignées cellulaires et identifié des facteurs régulateurs communs pour les décisions relatives au destin des cellules.
Les chercheurs ont intégré les atlas du développement des invertébrés et des vertébrés et ont exploré les caractéristiques conservées du développement. Ils ont construit un paysage varié d’états inter-espèces, dans lequel des régulateurs spécifiques à la lignée et des régulateurs communs à la lignée ont été impliqués dans la direction de l’émergence de types de cellules et la stabilisation des états cellulaires. En particulier, ils ont identifié Xbp1 comme un régulateur conservé au cours de l’évolution des déterminations du destin cellulaire dans différentes espèces. Cette étude a démontré que la régulation transcriptionnelle de Xbp1 était cruciale pour la stabilisation des réseaux de régulation des gènes pour un large éventail de types de cellules de souris.
Cette étude offre des informations génétiques et moléculaires sur les décisions relatives au destin des cellules et sert de base à la théorie du « variété d’états ».
Lijiang Fei et al, Identification systématique des programmes de régulation du destin cellulaire à l’aide d’un atlas unicellulaire du développement de la souris, Génétique naturelle (2022). DOI : 10.1038/s41588-022-01118-8
Fourni par l’Université du Zhejiang