Des chercheurs de l'ETH Zurich et de l'EPFL ajoutent une méthode pionnière au domaine en plein essor de l'analyse de cellules individuelles : Live-seq permet de mesurer l'activité de milliers de gènes d'une seule cellule sans avoir à l'isoler et à la détruire.
La biologie moderne cherche de plus en plus à comprendre pourquoi les cellules individuelles se comportent différemment. Pour ce faire, la recherche fondamentale dispose depuis quelques années de différentes méthodes de mesure ultrasensibles permettant d'analyser de manière ciblée des cellules individuelles. De telles analyses de cellules individuelles permettent de détecter des différences entre les cellules d'un groupe, de trouver des types de cellules rares ou d'identifier des cellules malades - ce qui n'est pas possible avec des échantillons de populations de cellules mélangées.
Les scientifiques veulent de plus en plus savoir quels gènes sont activés ou désactivés dans une cellule donnée. Le séquençage de l'ARN permet d'étudier les cellules individuelles (en anglais : single-cell RNA sequencing, en abrégé scRNA-seq). Il s'agit de déchiffrer autant que possible toutes les molécules d'ARN messager présentes dans le liquide cellulaire et de les associer aux séquences de gènes actives correspondantes. Le séquençage de l'ARN d'une seule cellule permet ainsi de mesurer l'activité de milliers de gènes dans une cellule.
Le jeune domaine du séquençage de l'ARN cellule par cellule s'est rapidement développé pour devenir un outil important pour 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 cependant en commun une contrainte qui a longtemps été considérée comme inévitable", explique Julia Vorholt, professeure de microbiologie à l'ETH Zurich, "à savoir que les cellules à analyser doivent être isolées, dissoutes et donc tuées".
Biopsier les cellules au lieu de les détruire
Une équipe de chercheurs autour de Vorholt et du professeur de l'EPFL Bart Deplancke propose une alternative au séquençage de l'ARN d'une seule cellule : elle analyse également le transcriptome, mais le saisit de manière peu invasive au moyen de biopsies cellulaires, tout en maintenant la cellule vivante et fonctionnelle, ce qui est unique en son genre. Les scientifiques présentent actuellement leur technique, appelée "Live-seq", dans la revue spécialisée "The Science". page externeNature avant.
"Notre force est de pouvoir continuer à observer au microscope la cellule échantillonnée, son développement et son comportement".Julia Vorholt
Selon les chercheurs, le simple fait que la cellule analysée ne meure pas est un avantage en soi : "Notre force est de pouvoir continuer à observer les cellules échantillonnées au microscope, comment elles se développent et se comportent", explique Vorholt.
En dehors de cela, Live-seq laisse également les cellules dans leur contexte physiologique. "Le microenvironnement et les interactions cellule-cellule sont conservés", ajoute Orane Guillaume-Gentil, postdoctorante dans le groupe de Vorholt. Elle a établi la méthode dans le laboratoire en collaboration avec Wanze Chen de l'EPFL.
La base est un microsystème d'aspiration des cellules
Les travaux préparatoires pour la saisie du transcriptome à partir de cellules vivantes ont été réalisés par les chercheurs il y a quelque temps à l'ETH Zurich. Le système de micro-injection FluidFM, développé à l'ETH Zurich et capable de manipuler de minuscules quantités de liquide sous un microscope, en constitue le fondement. Vorholt et son groupe ont fait de la "plus petite aiguille d'injection du monde" une méthode d'extraction de cellules permettant de piquer des cellules vivantes individuelles avec la micro-aiguille d'injection et d'en aspirer le contenu (voir Articles Actualités ETH).
Actuellement, les équipes de Vorholt et Deplancke montrent qu'il est possible de détecter des transcriptomes à part entière à partir de telles biopsies cellulaires. L'avancée décisive a eu lieu lorsque les chercheurs ont réussi à lire l'ARN à partir de ces minuscules quantités de liquide cellulaire.
Pour valider Live-seq, l'équipe de recherche EPFL-ETH a démontré que son outil d'analyse pouvait identifier avec précision différents types et états de cellules sans les perturber. Les chercheurs ont également utilisé leur plateforme pour cartographier directement les modifications de cellules immunitaires individuelles avant et après leur activation, ainsi que de cellules du stroma adipeux - un type de cellules souches - avant et après leur différenciation en cellules adipeuses.
Suivre l'activité des gènes au fil du temps
Live-seq peut désormais aider à étudier de nouvelles questions pertinentes sur le plan biomédical. Deplancke, professeur de biologie systémique à l'EPFL, explique plus en détail : "Par exemple, pourquoi certaines cellules se différencient et pas leurs consœurs, ou pourquoi certaines cellules sont résistantes à un médicament anticancéreux et pas leurs consœurs".
De plus, Live-seq peut désormais suivre l'activité de milliers de gènes dans une seule cellule grâce à des mesures répétées, même dans le temps. "Ainsi, l'analyse d'une seule cellule se transforme d'un point final en une méthode d'analyse temporelle et spatiale", explique Vorholt.
Cet article est basé sur un communiqué de la page externeEPFL.
Référence bibliographique
Chen W, Guillaume-Gentil O et al. Live-seq enables temporal transcriptomic recording of single cells. Nature (2022), page externedoi : 10.1038/s41586-022-05046-9