Un plan d'ADN indiquant comment un c?ur devient un coeur

En utilisant la technologie des cellules souches, le séquençage de l'ADN et les outils informatiques de la prochaine génération, des chercheurs des instituts Gladstone en Californie et d'autres centres universitaires ont décrit des "commutateurs génétiques" du stade des cellules souches embryonnaires au coeur pleinement fonctionnel.
Les chercheurs écrivent sur leur travail dans le numéro en ligne du 13 septembre de Cellule.
Les résultats apportent espoir de nouveaux traitements pour les personnes nées avec des malformations cardiaques mortelles comme un rythme cardiaque irrégulier (arythmie) et un trou dans le c?ur (défaut septal ventriculaire).
Le chercheur principal Benoit Bruneau, directeur associé de la recherche cardiovasculaire chez Gladstone, un groupe de recherche biomédical indépendant à but non lucratif, a déclaré à la presse dans un communiqué:

"Les malformations cardiaques congénitales sont le type le plus courant d'anomalies congénitales - affectant plus de 35 000 nouveau-nés aux Etats-Unis chaque année."
"Mais comment ces défauts se sont développés au niveau génétique a été difficile à cerner parce que la recherche s'est concentrée sur un petit ensemble de gènes. Ici, nous abordons la formation du coeur avec un objectif grand angle en regardant l'ensemble du matériel génétique qui donne aux cellules cardiaques leur identité unique," il explique.

Des montagnes de données à un plan lisible

Pour leur étude, l'équipe a prélevé des cellules souches embryonnaires de souris, les a mises dans une culture ressemblant à un développement embryonnaire et les a reprogrammées pour former des cellules cardiaques battantes.

Les chercheurs espèrent que ces nouvelles découvertes ouvriront la voie à des traitements possibles pour les personnes nées avec des malformations cardiaques potentiellement mortelles.Cette partie du processus est achevée: parce que les scientifiques découvrent de plus en plus, ce n'est pas seulement que ces cellules décident comment un organe devient un organe, mais aussi une carte de contrôle détaillée de l'allumage et de l'extinction des gènes à différents stades de développement. : les signatures épigénomiques.
Pour cette partie de l'expérience, ils ont extrait l'ADN de cellules cardiaques en développement et matures, car ils contiennent les signatures épigénétiques écrites dans l'ADN. Ils l'ont fait en utilisant CHIP-seq, un outil de séquençage génique avancé.
Cependant, même cela ne suffisait pas à leur donner un plan complet et fonctionnel, comme l'explique Jeffrey Alexander, co-auteur et diplômé de Gladstone et de l'université de Californie à San Francisco (UCSF), avec laquelle Gladstone est affilié:
"... le simple fait de trouver ces signatures n'était que la moitié de la bataille - nous avons ensuite dû déchiffrer les aspects de la formation du c?ur qu'ils encodaient."
"Pour ce faire, nous avons exploité la puissance de calcul du Gladstone Bioinformatics Core. Cela nous a permis de rassembler les données collectées lors du séquençage de gènes et de les organiser en un fichier lisible et expliquant comment un c?ur devient un c?ur".

Quelques découvertes inattendues

Les chercheurs ont fait des découvertes surprenantes: non seulement ils ont trouvé des groupes entiers de nouveaux gènes impliqués dans la formation du c?ur, mais ils ont également amélioré leur interaction avec des gènes connus.
Ils ont également constaté que des groupes de gènes dans les cellules cardiaques semblaient fonctionner de concert, activant et désactivant ensemble à des stades précis du développement embryonnaire.

Implications pour la santé cardiaque humaine

Les chercheurs suggèrent que leurs découvertes ont des implications importantes pour la santé du c?ur humain: en rassemblant une carte détaillée de la façon dont les gènes contrôlent le c?ur, ils pensent qu'ils peuvent également découvrir comment la maladie perturbe ce processus finement contrôlé.
Ils disent avec un meilleure compréhension de la façon précise dont les schémas génétiques et épigénétiques complexes sont réglementés avec précision, par exemple pour aider les enfants souffrant de malformations cardiaques congénitales.
Bruneau, qui est également professeur de pédiatrie à l’UCSF, dit qu’ils veulent maintenant examiner l’ADN des patients atteints de cardiopathies congénitales, dans l’espoir de pouvoir «identifier la perturbation génétique spécifique qui a causé leur malformation cardiaque».
"Une fois que nous identifions cette perturbation, nous pouvons commencer à explorer des moyens de restaurer la fonction génique normale lors de la formation précoce du c?ur et réduire le nombre de bébés nés avec des malformations cardiaques congénitales débilitantes et parfois mortelles", ajoute-t-il.
Écrit par Catharine Paddock PhD