Suivi de l'activité des gènes dans les cellules vivantes
La biologie moderne cherche de plus en plus à comprendre pourquoi les cellules individuelles se comportent différemment. Depuis quelques années, la recherche fondamentale dispose de diverses méthodes de mesure très sensibles qui permettent une analyse spécifique des cellules individuelles. Cette analyse de cellules individuelles permet aux scientifiques de détecter des différences entre les cellules d'un groupe, de trouver des types de cellules rares et d'identifier des cellules malades - ce qui n'est pas possible avec des échantillons provenant de populations cellulaires mixtes.
Les scientifiques souhaitent de plus en plus savoir quels gènes sont activés ou désactivés dans une cellule spécifique. Pour ce faire, ils utilisent le séquençage de l'ARN d'une seule cellule (scRNA-seq). Le plus grand nombre possible de molécules d'ARN messager dans le liquide cellulaire est décodé et mis en correspondance avec leurs séquences génétiques actives respectives. De cette façon, le scRNA-seq peut mesurer l'activité de milliers de gènes dans une cellule.
Le nouveau domaine des scRNA-seq est rapidement devenu un outil important de la recherche biomédicale et comprend aujourd'hui de nombreuses techniques d'analyse de l'ensemble de l'ARN messager, appelé transcriptome. «Toutes ces techniques ont en commun une limitation qui a longtemps été considérée comme inévitable», explique Julia Vorholt, professeure de microbiologie à l'ETH Zurich, «à savoir que les cellules à étudier doivent être isolées et lysées - et donc tuées.»
Biopsie cellulaire au lieu de la lyse cellulaire
Une équipe de recherchedirigée par Julia Vorholt et Bart Deplancke, professeur de biologie systémique à l'EPFL, a maintenant trouvé une alternative au scRNA-seq: l'équipe analyse également le transcriptome, mais de manière peu invasive par biopsie cellulaire, ce qui permet de garder la cellule vivante et fonctionnellement intacte - ce qui est unique. Les scientifiques ont présenté leur technique «Live-seq» dans la revue Nature.
Selon les chercheurs et chercheuses, le fait que la cellule analysée ne meure pas est un avantage en soi: «Notre point fort est que nous pouvons continuer à observer les cellules échantillonnées au microscope pour voir comment elles se développent et se comportent», explique Julia Vorholt.
En outre, Live-seq laisse les cellules dans leur contexte physiologique. «Le micro-environnement et les interactions cellule-cellule restent intacts», explique Orane Guillaume-Gentil, post-doctorante dans le groupe de Julia Vorholt. Avec Wanze Chen de l'EPFL, elle a développé la méthode au laboratoire.
Basé sur un microsystème d'aspiration des cellules
Les scientifiques ont jeté les bases de l'enregistrement du transcriptome des cellules vivantes il y a quelque temps à l'ETH Zurich. La base est le système de micro-injection FluidFM développé à l'ETH Zurich, qui permet de manipuler des quantités minuscules de fluide sous un microscope. Julia Vorholt et son groupe ont transformé la «plus petite aiguille d'injection du monde» en une méthode d'extraction cellulaire afin de piquer des cellules vivantes individuelles avec l'aiguille de micro-injection et d'en extraire le contenu (voir article d'ETH News).
Les équipes dirigées par Julia Vorholt et Bart Deplancke montrent maintenant que le transcriptome complet peut être enregistré à partir de telles biopsies cellulaires. La percée décisive a eu lieu lorsque les chercheurs et chercheuses ont réussi à lire l'ARN à partir de ces minuscules quantités de liquide cellulaire.
Pour valider Live-seq, l'équipe de recherche de l'EPFL-ETH Zurich a démontré que son outil d'analyse peut identifier avec précision différents types et états cellulaires sans les perturber. Les scientifiques ont également utilisé leur plateforme pour cartographier directement les changements dans les cellules immunitaires individuelles avant et après leur activation et dans les cellules stromales adipeuses - un type de cellule souche - avant et après leur différenciation en cellules graisseuses.
Suivi de l'activité des gènes dans le temps
Live-seq peut désormais aider à étudier de nouvelles questions biomédicales. Bart Deplancke explique plus en détail: «Par exemple, pourquoi certaines cellules se différencient et pas leurs cellules sœurs, ou pourquoi certaines cellules sont résistantes à un médicament anticancéreux et pas leurs cellules sœurs.»
Live-seq est capable de suivre l'activité de milliers de gènes dans une seule cellule au fil du temps grâce à des mesures répétées. «L'analyse d'une seule cellule est en train de passer d'un point final unique à une méthode d'analyse temporelle et spatiale», explique Julia Vorholt.
