L’ADN est considéré comme le modèle de notre corps humain. Il code pour les dizaines de milliers de gènes qui déterminent si une cellule se transforme en cellule cérébrale, en cellule cardiaque ou même en cellule cancéreuse. D’autres séquences d’ADN, appelées activateurs, déterminent si les gènes sont activés ou inactivés. Dans une nouvelle étude publiée dans Communication Naturele professeur agrégé de l’ASHBi Fumitaka Inoue et ses collègues aux États-Unis rapportent le « dosage de perturbation massivement parallèle du rapporteur » pour étudier comment les activateurs sont affinés au fil du temps lors de la génération de cellules cérébrales.
Les activateurs déterminent quand, où et dans quelle mesure un gène est activé. Les activateurs eux-mêmes sont régulés par des facteurs de transcription, qui ciblent des motifs régulateurs dans la séquence de l’activateur. Ainsi, les interactions entre les activateurs et les facteurs de transcription sont essentielles pour améliorer ou supprimer les gènes qui déterminent le destin et le comportement d’une cellule.
« Les activateurs ont des effets importants sur l’expression des gènes et déterminent ainsi si les cellules vont se développer dans différents organes. Malgré leurs conséquences, cependant, nous comprenons relativement peu le fonctionnement des activateurs », explique Inoue.
Un certain nombre d’essais biochimiques sont disponibles pour étudier les activateurs, mais les essais de rapporteurs massivement parallèles (MPRA) permettent l’analyse quantitative de milliers d’amplificateurs à la fois.
« Les MPRA sont utiles pour étudier l’interaction entre les activateurs et les facteurs de transcription. Pour extraire encore plus d’informations des tests, nous avons modifié les tests pour introduire des perturbations dans les motifs régulateurs où les facteurs de transcription se lient », poursuit Inoue.
Ces perturbations ont été introduites dans de multiples motifs régulateurs dans des milliers de séquences amplificatrices. La MPRA a ensuite été appliquée pour étudier les effets des perturbations sur l’activité de l’enhancer et ainsi identifier systématiquement quels motifs régulateurs sont importants pour l’activation ou l’inactivation des gènes.
Pour valider leur essai de perturbation de rapporteur massivement parallèle, l’équipe l’a appliqué à la différenciation des cellules souches embryonnaires humaines en cellules neurales. Ils ont trouvé 598 motifs régulateurs qui amélioraient ou atténuaient la transcription.
« Nous avons divisé ces motifs en quatre groupes. Les motifs essentiels et contributifs étaient nécessaires ou contribuaient à l’activation. De même, les motifs silencieux et inhibiteurs étaient nécessaires ou contribuaient à atténuer la transcription », explique Inoue.
Une enquête plus approfondie a révélé que parmi les gènes améliorés ou atténués, beaucoup sont impliqués dans la promotion de la différenciation neuronale ou de la pluripotence des cellules souches. De plus, le test a précisé que dans la plupart des cas, les motifs régulateurs déterminaient si la transcription était améliorée ou atténuée, mais le moment de la perturbation déterminait l’ampleur de l’effet. Dans l’ensemble, dit Inoue, les résultats démontrent un réseau complexe de séquences régulatrices qui interagissent les unes avec les autres pour réaliser la différenciation neuronale.
« La plus grande réalisation de l’essai est le nombre de séquences que nous pourrions analyser et les perturbations que nous pourrions appliquer. En conséquence, nous avons démontré la complexité de nombreux modèles sur la façon dont les facteurs de transcription régulent l’expression des gènes », a-t-il déclaré.
Anat Kreimer et al, Des essais de perturbation de rapporteur massivement parallèles révèlent une architecture de régulation temporelle pendant la différenciation neuronale, Communication Nature (2022). DOI : 10.1038/s41467-022-28659-0