Un nouveau front dans la compréhension du cancer

Les cellules qui composent notre corps communiquent constamment entre elles, parfois directement par contact physique. Ces interactions permettent aux cellules de réagir à leurs voisines, de s’adapter à leur environnement et de s’organiser en un organisme pleinement fonctionnel.

Étudier comment ces interactions influencent les cellules au niveau génétique a toujours été un défi pour la communauté scientifique. Cependant, une équipe de recherche dirigée par l’Université du Commonwealth de Virginie et l’Université de Copenhague a développé une approche innovante pour suivre la manière dont les cellules voisines déclenchent des changements dans l’expression génétique de chacune.

Leurs conclusions, publiées dans le Actes de l’Académie nationale des sciencespourrait avoir des implications significatives pour comprendre comment les cellules cancéreuses et les cellules normales s’influencent mutuellement.

“Cette étude est vraiment une preuve de principe, pour montrer que nous pouvons utiliser cette approche pour mieux comprendre comment les cellules voisines s’influencent mutuellement à l’échelle génétique”, a déclaré Rajan Gogna, Ph.D., professeur adjoint à la VCU School of Département de médecine de génétique humaine et moléculaire et l’un des principaux auteurs de l’étude.

“À notre connaissance, il s’agit de la première étude de ce type à découvrir les changements génétiques associés aux interactions cellulaires”, a déclaré Gogna, qui est également directeur associé de la compétition cellulaire et du microenvironnement tumoral au VIMM, l’Institut de médecine moléculaire du VCU.

Écoute des cellules voisines

En s’envoyant des signaux, les cellules peuvent initier des changements dans l’expression des gènes, un processus par lequel les informations codées dans nos gènes sont utilisées pour générer les protéines qui remplissent diverses fonctions dans le corps. Les cellules voisines peuvent également influencer l’expression des gènes par contact physique. Ce type de communication est particulièrement important au cours du développement humain, lorsque les cellules adjacentes forment différents types d’organes et de tissus.

“Les cellules de notre corps ne fonctionnent pas en vase clos, mais plutôt comme une unité. Les gènes activés dans nos cellules dépendent beaucoup de l’endroit où ils se trouvent et des personnes avec lesquelles ils interagissent”, a déclaré le directeur du VIMM. Paul B. Fisher, Ph.D., professeur au Département de génétique humaine et moléculaire et titulaire de la chaire Thelma Newmeyer Corman en oncologie du VCU Massey Comprehensive Cancer Center, qui a participé à cette recherche.

“Le but ultime de cette étude était de mieux comprendre comment les cellules communiquent entre elles et ce qu’elles se disent de faire.”

Les scientifiques peuvent utiliser des méthodes de recherche telles que le séquençage de l’ARN unicellulaire pour identifier les différences dans les modèles d’expression génique entre les cellules individuelles. Cependant, cette technique ne permet pas de cartographier correctement l’emplacement des cellules individuelles ni de déterminer comment elles s’influencent mutuellement.

Pour surmonter cet obstacle, les chercheurs ont développé une approche combinant séquençage d’ARN et intelligence artificielle pour identifier des signatures génétiques associées à certaines interactions de cellules voisines.

Pour cette étude préclinique, les chercheurs ont mesuré les modèles d’expression génique dans de petits groupes de cellules. Grâce à la modélisation mathématique, l’équipe a pu identifier les changements génétiques qui se produisent lorsque certaines cellules sont en contact les unes avec les autres.

“Nous avons isolé des échantillons contenant seulement deux ou trois cellules et, grâce à cette stratégie, nous avons pu identifier les changements génétiques provoqués par le contact physique des cellules”, a déclaré Gogna.

Les chercheurs ont ensuite testé leur approche en analysant les interactions entre les cellules du cristallin et les cellules progénitrices neurales, présentes dans le cerveau. L’expérience a confirmé que le modèle pouvait prédire avec succès quels gènes seraient activés lorsque ces cellules se toucheraient physiquement.

Plus récemment, les chercheurs ont démontré que cette approche pouvait également être appliquée à des ensembles de données issus d’études indépendantes. Ils ont pu identifier des gènes influencés par les cellules voisines dans divers microenvironnements, comme dans les tissus du cerveau et du foie. Les résultats, publiés en octobre 2023 dans Biologie des systèmes moléculairessuggère que les cellules pourraient avoir un impact génétique plus important sur leurs voisines qu’on ne le pensait auparavant.

Implications pour lutter contre le cancer

En plus d’ouvrir de nouvelles portes aux études biologiques, la nouvelle approche pourrait jouer un rôle important dans l’avancement de la recherche sur le cancer, selon les auteurs de l’étude.

“Notre objectif ultime est d’appliquer cette méthode pour mieux comprendre comment le cancer nous affecte. Nous voulons comprendre comment les cellules cancéreuses interagissent avec d’autres cellules du corps et vice versa”, a déclaré Gogna. “Nous voulons savoir comment les cellules cancéreuses se développent autour de nos cellules normales et comment elles réagissent lorsqu’elles sont exposées à des thérapies.”

Fisher, titulaire d’une maîtrise en santé publique, a ajouté : « Ces informations ont un potentiel important pour définir des thérapies appropriées pour empêcher la croissance et la progression du cancer, ainsi que pour tracer une voie pour induire la mort des cellules tumorales. »

Les cellules normales échangent constamment des signaux pour réguler leur croissance et leur division, et le processus dicte souvent le moment où une cellule doit s’arrêter pour faire de la place à des cellules plus récentes et plus saines.

Cependant, les cellules cancéreuses se développent de manière incontrôlée et la recherche a montré que de nombreux cancers se développent lorsque la communication cellulaire est perturbée. Il a également été démontré que les cellules cancéreuses affectent le comportement des cellules normales. Par exemple, certains cancers peuvent recruter des cellules normales pour développer de nouveaux vaisseaux sanguins, qui à leur tour fournissent de l’oxygène et des nutriments aux tumeurs en croissance.

“Lors du développement de thérapies pour traiter différentes tumeurs, il est tout aussi important, et parfois plus important, de penser à l’environnement dans lequel la tumeur se développe”, a déclaré Fisher. “Il faut tenir compte à la fois de la tumeur et de son environnement pour stopper plus efficacement le cancer dans son élan.”

Les auteurs de l’étude affirment que ces méthodes pourraient également aider la communauté des chercheurs à mieux comprendre les différences raciales en matière de susceptibilité et de survie au cancer.

La recherche a montré que des disparités raciales – largement motivées par une combinaison d’iniquités structurelles, économiques et socio-environnementales – existent à la fois en termes d’incidence et d’issue du cancer. Certaines études suggèrent que le risque héréditaire de sous-types spécifiques de cancer et l’influence de l’environnement sur l’expression des gènes pourraient également contribuer à ces disparités.

“En plus de la recherche sur le cancer, les techniques développées pourraient à terme être utilisées pour améliorer notre compréhension d’autres maladies”, a déclaré Fisher. “J’ai hâte de faire des découvertes vraiment fantastiques à mesure que nous avançons vers le futur.”