La technologie de ciblage cellulaire peut isoler des sous-populations neuronales et les relier à des états comportementaux

À mesure que les technologies de séquençage génétique deviennent plus puissantes, notre compréhension de la diversité cellulaire s’est développée en parallèle. Cela a conduit les scientifiques de l'hôpital de recherche pour enfants St. Jude à créer un outil permettant d'améliorer la facilité et la précision avec lesquelles les enquêteurs peuvent étudier des sous-populations spécifiques de cellules.

L’outil, nommé Conditional Viral Expression by Ribozyme Guided Degradation (ConVERGD), permet aux chercheurs d’accéder spécifiquement à ces sous-groupes de cellules et de les manipuler avec précision en fonction de multiples caractéristiques de la cellule.

ConVERGD offre de nombreux avantages par rapport aux plateformes d'expression intersectionnelles existantes en prenant en charge des charges génétiques plus complexes et une adaptabilité accrue. Les chercheurs ont démontré l’utilité de ConVERGD en étudiant une sous-population de neurones à noradrénaline jusqu’alors non identifiée.

Les travaux démontrent l’impact substantiel que les recherches sur les sous-populations cellulaires pourraient avoir sur la recherche fondamentale et les soins de santé. Les résultats ont été publiés aujourd'hui (27 mai) dans Neurosciences naturelles.

Même type de cellules, fonctions différentes

Pour Lindsay Schwarz, Ph.D., Département de neurobiologie du développement de St. Jude, la nécessité a conduit à l'invention alors qu'elle explorait le paysage des cellules neuronales, et en particulier les cellules neuronales qui produisent de la noradrénaline.

“On pensait que les neurones à noradrénaline n'étaient qu'un type de neurone. Mais lorsqu'ils sont activés dans le cerveau, ils peuvent provoquer de nombreux types de comportements différents, comme améliorer l'attention et la formation de la mémoire ou provoquer une réponse au stress ou un combat. ou une réponse de fuite”, a déclaré Schwarz. “Mais si c'est seulement un type de neurone qui libère cette molécule, alors comment cela vous fait-il faire des choses différentes ?”

Explorer de telles questions nécessite la capacité d’interroger sélectivement des sous-populations cellulaires avec des préjugés extrêmes. À cette fin, Schwarz a constaté que toutes les tentatives utilisant les pratiques actuelles échouaient. “Nous n'avons pas lancé ce projet en pensant créer un nouvel outil, mais cela semblait être un besoin dans la communauté.”

Amélioration de la technologie actuelle de ciblage des sous-populations cellulaires

Cibler des sous-populations de cellules nécessite de les faire passer à travers plusieurs filtres génétiques. Ces filtres intersectionnels interrogent les gènes exprimés par les cellules et les voies et connexions qu'elles établissent, analysant les différentes sous-populations afin que les chercheurs puissent se concentrer sur un groupe sélectionné de cellules isolées.

L’utilisation d’outils rapporteurs basés sur les virus adéno-associés (AAV), capables de transmettre du matériel génétique dans des cellules spécifiques avec une haute précision, constitue une approche idéale pour appliquer ces filtres intersectionnels. Ces outils rapporteurs sont utilisés pour marquer ou surveiller l’expression des gènes et la localisation des protéines dans des cellules ou des régions spécifiques. Cependant, ils peuvent être complexes à concevoir et offrir un espace limité en leur sein.

“L'un de nos principaux objectifs était de concevoir un outil dans lequel votre gène d'intérêt ne s'exprimait que lorsqu'il était transmis avec plusieurs fonctionnalités, mais dans lequel les utilisateurs finaux pouvaient très facilement modifier et insérer les gènes de leur choix”, a expliqué Schwarz.

Les ribozymes robustes offrent une spécificité de nouvelle génération

Schwarz et le premier auteur Alex Hughes, Ph.D., diplômé de la St. Jude Graduate School of Biomedical Sciences, actuellement de l'Allen Institute for Brain Science, ont exploité deux technologies distinctes dans la conception de ConVERGD, à savoir la technologie de rapporteur basée sur l'AAV. et inspiration du monde des ribozymes, des brins d'ARN qui peuvent se comporter comme des enzymes en catalysant des réactions biochimiques.

Il est important de noter que les ribozymes peuvent être conçus pour contrôler l’interrupteur marche/arrêt de l’expression génique avec une extrême précision. “Nous avons d'abord entendu parler des ribozymes dans un club de lecture qui réfléchissait de manière plus thérapeutique à la manière d'utiliser les AAV”, a déclaré Schwarz. “Alex est revenu et a pensé qu'il pourrait trouver un moyen de les utiliser dans les outils des neurosciences.”

Passionnant pour la communauté des neurosciences et au-delà

Comme preuve de concept, Schwarz et Hughes ont utilisé ConVERGD pour interroger une sous-population de neurones à noradrénaline. “Collectivement, les neurones à noradrénaline font beaucoup de choses différentes”, a expliqué Schwarz. “Le sous-ensemble que nous ciblions produit de la noradrénaline, mais il produit également cet autre peptide opioïde appelé dynorphine, qui n'a pas été caractérisé auparavant dans ces neurones. Avec ConVERGD, nous avons constaté que l'activation de ces neurones exprimant la dynorphine était suffisante pour susciter une anxiété. réponse.”

En analysant les fonctions et en les attribuant à une sous-population de cellules, Schwarz espère qu'une thérapie ciblée est une possibilité. “Nous traitons l'anxiété et la dépression avec des médicaments qui ciblent la signalisation de la noradrénaline, mais ils la ciblent à l'échelle mondiale”, a déclaré Schwarz. “Vous constaterez également un préjudice à d'autres fonctions importantes de la noradrénaline que vous ne souhaitez pas voir. Cibler ces neurones plus spécifiquement pourrait aider à améliorer cela.”

Le travail aura des répercussions en dehors de St. Jude. “Nous sommes vraiment ravis de cela pour la communauté”, a déclaré Schwarz. “ConVERGD devrait être compatible avec n'importe quel tissu. Il pourrait être utile au-delà des neurosciences.”