Les scientifiques ont révélé l’image fonctionnelle des principaux gènes Nouvelles du MIT

Une équipe de scientifiques du Whitehead Institute for Biomedical Research et du Broad Institute du MIT et de Harvard a évalué systématiquement les fonctions de plus de 5 000 gènes humains importants à l’aide d’une nouvelle méthode de dépistage combinée basée sur l’image. Leur analyse utilise CRISPR-Cas9 pour abroger l’activité des gènes et constitue une ressource unique en son genre pour comprendre et visualiser la fonction des gènes dans un large éventail de processus cellulaires avec une résolution à la fois spatiale et temporelle. Les découvertes de l’équipe couvrent plus de 31 millions de cellules individuelles et incluent des données quantitatives sur des centaines de paramètres différents qui leur permettent de faire des prédictions sur la façon dont les gènes fonctionnent et fonctionnent ensemble. La nouvelle étude a été publiée dans le numéro en ligne du 7 novembre de la revue Cellule.

“Toute ma carrière, j’ai voulu voir ce qui se passe dans les cellules lorsqu’un gène important est éliminé”, explique Iain Cheeseman, professeur au MIT, auteur principal de l’étude et membre du Whitehead Institute. “Maintenant, nous pouvons le faire non seulement pour un gène, mais pour chaque gène qui est important pour une cellule humaine en division dans un plat, et c’est très puissant. La ressource que nous avons créée sera utile non seulement pour notre propre laboratoire, mais pour les laboratoires du monde entier.”

La perturbation systématique de la fonction des gènes clés n’est pas un nouveau concept, mais les méthodes traditionnelles ont été limitées par divers facteurs, notamment le coût, la faisabilité et la capacité d’inhiber complètement l’activité des gènes clés. Cheeseman, professeur de biologie Herman et Margaret Sokol au MIT, et ses collègues ont collaboré avec le professeur associé du MIT Paul Blainey et son équipe au Broad Institute pour identifier et réaliser cet objectif commun ambitieux. Les chercheurs du Broad Institute ont été les pionniers d’une nouvelle technologie de dépistage génétique qui combine deux approches : des dépistages génétiques combinatoires à grande échelle utilisant CRISPR-Cas9 et l’imagerie des cellules pour détecter les différences quantitatives et qualitatives. De plus, la méthode est peu coûteuse par rapport à d’autres méthodes et est réalisée à l’aide d’un équipement disponible dans le commerce.

“Nous sommes fiers de travailler avec le laboratoire d’Iain à l’Institut Whitehead pour montrer l’incroyable résolution des processus cellulaires qui peut être obtenue avec des tests d’imagerie peu coûteux”, a déclaré l’auteur principal de l’étude, Blainey, professeur agrégé au Département de biologie. en ingénierie au MIT, membre du Koch Institute for Integrative Cancer Research au MIT et membre de l’institut principal du Broad Institute. “Et clairement, ce n’est que la partie émergée de l’iceberg pour notre approche. La capacité de lier les troubles génétiques sur la base de lectures phénotypiques plus détaillées est nécessaire pour de nombreux domaines de recherche à l’avenir et est maintenant disponible.

Cheeseman ajoute : “La possibilité de faire un dépistage biologique cellulaire combiné change la donne. Vous avez deux cellules assises l’une à côté de l’autre, et donc votre capacité à faire des calculs statistiquement significatifs pour savoir si elles sont identiques est tout simplement très élevée, et vous pouvez voir de très petites différences.” .”

Cheeseman, Blainey, les auteurs principaux Luke Funk et Kuan-Chung Su et leurs collègues ont évalué les fonctions de 5 072 gènes essentiels dans les lignées cellulaires humaines. Ils ont analysé quatre marqueurs sur les cellules de leur écran – ADN ; Réponse aux dommages à l’ADN, une voie cellulaire clé qui détecte et répond à l’ADN endommagé ; et deux protéines structurelles importantes, l’actine et la tubuline. En plus de l’écran principal, les scientifiques ont effectué un écran de suivi plus petit qui s’est concentré sur environ 200 gènes impliqués dans la division cellulaire (également appelée « mitose »). Un premier criblage de gènes a identifié un rôle clair dans la mitose mais n’avait pas été lié auparavant à ce processus. Ces données, disponibles sur un site Web complémentaire, fournissent une ressource à d’autres scientifiques pour étudier les fonctions des gènes d’intérêt.

“Il y a beaucoup d’informations que nous avons recueillies sur ces cellules. Par exemple, pour le noyau des cellules, ce n’est pas la couleur brillante qui compte, mais sa taille, sa rondeur, si ses bords sont lisses ou dentelés ? dit Cheeseman. “Un ordinateur peut vraiment extraire beaucoup d’informations spatiales.”

A partir de ces données riches et multidimensionnelles, les travaux des scientifiques fournissent une sorte d’« empreinte » biologique cellulaire pour chaque gène analysé dans le crible. À l’aide de stratégies de regroupement computationnelles sophistiquées, les chercheurs peuvent comparer ces empreintes digitales les unes aux autres et établir des relations de régulation potentielles entre les gènes. Parce que les données de l’équipe confirment de nombreuses relations déjà connues, elles peuvent être utilisées pour faire des prédictions en toute confiance sur des gènes dont les fonctions et/ou les interactions avec d’autres gènes sont inconnues.

Il y a eu de nombreuses découvertes remarquables de chercheurs examinant des données, y compris des découvertes surprenantes sur les canaux ioniques. Deux gènes, AQP7 et ATP1A1rôles dans la mitose, en particulier pour la ségrégation correcte des chromosomes, ont été établis. Ces gènes codent pour des protéines liées à la membrane qui déplacent les ions dans et hors de la cellule. “Toutes les années où j’ai travaillé sur la mitose, je n’avais aucune idée que les canaux ioniques étaient impliqués”, explique Cheeseman.

Il ajoute : « Nous ne faisons qu’effleurer la surface de ce qui peut être extrait de nos données. Nous espérons que non seulement beaucoup bénéficieront de cette ressource, mais qu’ils s’appuieront également dessus.”

Ce travail a été soutenu par des subventions des National Institutes of Health des États-Unis, ainsi que par le soutien de la Fondation Gordon et Betty Moore, une bourse d’études supérieures en sciences et en génie de la Défense nationale et une bourse du Conseil de recherche en sciences naturelles et en génie.

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