Le système nerveux est composé de diverses cellules issues de progéniteurs selon un schéma spécifique dépendant du temps. Dans une nouvelle étude publiée dans Communication Natureles chercheurs ont découvert les acteurs moléculaires impliqués et comment le timing est contrôlé.
« Nous sommes intéressés à étudier comment la diversité neuronale est créée au cours du développement animal. Premièrement, les cellules souches produisent différents types de neurones, qui à leur tour construisent le cerveau », a déclaré Hailun Zhu, un étudiant diplômé du groupe Li.
La génération de diversité neuronale par les progéniteurs neuronaux, appelés neuroblastes, est régulée de deux manières distinctes : spatialement, où les neuroblastes à différents endroits fabriquent différents types de neurones, et temporellement, par laquelle les mêmes neuroblastes génèrent différents types de neurones à mesure qu’ils vieillissent.
« Nous nous concentrons sur la structuration temporelle des neuroblastes et nous utilisons la moelle de la drosophile, qui fait partie du centre de traitement visuel, comme modèle », a déclaré Xin Li (GNDP), professeur adjoint de biologie cellulaire et du développement.
Les travaux postdoctoraux de Li ont révélé qu’il existe une cascade de facteurs de transcription temporelle (TTF) dans les neuroblastes médullaires de Drosophila où certains facteurs sont exprimés tôt et en activent successivement d’autres. Cependant, des lacunes ont été observées dans cette cascade originale, et on ne savait pas non plus comment la progression de la cascade temporelle était régulée.
Pour résoudre ces problèmes, le groupe Li, en collaboration avec Sihai Dave Zhao (GNDP), professeur agrégé de statistiques, a utilisé la technologie de séquençage d’ARN unicellulaire pour examiner comment l’expression des gènes change à mesure que les neuroblastes médullaires vieillissent.
« Nous avons utilisé deux marqueurs pour étiqueter les cellules. L’un a été exprimé dans tous les neuroblastes et l’autre a été exprimé spécifiquement dans la partie médullaire du centre optique », a déclaré Zhu. « Nous avons ensuite trié les cellules et séquencé l’ARN dans des neuroblastes médullaires uniques. »
Le séquençage d’ARN unicellulaire ajoute des codes-barres spécifiques aux transcrits qui se forment lorsque les informations contenues dans l’ADN sont converties en ARN. En conséquence, chaque cellule a un code-barres différent et à la fin, les chercheurs peuvent identifier les transcriptions dans chaque cellule. Les cellules séquencées ont ensuite été regroupées en fonction de la similitude de leur expression génique.
Les chercheurs ont découvert que les TTF précédemment identifiés par les travaux postdoctoraux de Li étaient exprimés dans des amas cellulaires spécifiques. Ces résultats ont démontré que les neuroblastes médullaires étaient bien regroupés selon leur âge, du plus jeune au plus âgé. De plus, les chercheurs ont identifié neuf autres facteurs de transcription qui sont exprimés dans des schémas temporels dans les neuroblastes médullaires.
Le groupe a confirmé ses découvertes en utilisant la drosophile mutante. Ils ont découvert que des facteurs de transcription précoces sont nécessaires pour activer les facteurs de transcription tardifs, tandis que les facteurs de transcription tardifs répriment les premiers, formant une cascade temporelle. « Nous avons utilisé des mutants dépourvus de ces facteurs de transcription pour tester s’ils étaient nécessaires dans la cascade. Nous avons pu trouver certains TTF qui manquaient dans les études précédentes, ce qui nous a permis de développer un réseau de gènes de structuration temporelle plus complet », a déclaré Zhu. .
Ils ont également découvert que la vitesse de progression en cascade est régulée par des facteurs de transcription qui ne sont pas des TTF. « Nous avons constaté que bien que le facteur de transcription Lola ne soit pas exprimé à un stade spécifique, sans lui, la cascade ralentit », a déclaré Zhu. « C’est très intéressant et c’est différent de ce que nous avons vu auparavant. »
Les chercheurs souhaitent examiner plus en détail les mécanismes transcriptionnels régulant le réseau TTF. « Les interactions entre les facteurs de transcription déduites de l’analyse des mutants ne sont pas nécessairement directes. La prochaine étape consiste à voir s’ils agissent directement », a déclaré Li. « Nous voulons également examiner comment ces TTF contrôlent la spécification en aval de différents types de neurones. »
Hailun Zhu et al, Un réseau complet de gènes de structuration temporelle dans les neuroblastes médullaires de Drosophila révélés par séquençage d’ARN unicellulaire, Communication Nature (2022). DOI : 10.1038/s41467-022-28915-3