Des scientifiques de l’Université Rice ont créé une technique non invasive pour surveiller l’expression des gènes cérébraux à l’aide de marqueurs d’activité libérés (RMA), permettant ainsi d’étudier les fonctions cérébrales et les maladies au moyen de simples analyses de sang. Crédit : Issues.fr.com
Le marqueur sérique synthétique permet une surveillance neuronale non invasive.
Le cerveau, étant l’organe le plus protégé du corps, est enfermé dans une barrière très complexe et presque impénétrable formée de vaisseaux sanguins spécialisés. Cette configuration anatomique protectrice, bien que cruciale pour la défense contre les menaces externes, présente des défis importants pour les chercheurs qui tentent d’étudier l’expression des gènes dans le cerveau. Comprendre l’expression des gènes est essentiel pour découvrir les mécanismes à l’origine de diverses maladies.
Surveillance non invasive de l’expression des gènes
Selon une étude publiée aujourd’hui (10 janvier) dans Biotechnologie naturelle.
Le bio-ingénieur Rice Jerzy Szablowski et ses collègues ont mis au point une classe unique de molécules, connues sous le nom de marqueurs d’activité libérés (RMA), qui peuvent être utilisées pour mesurer l’expression des gènes dans le cerveau au moyen d’un simple test sanguin.
Scan de l’hippocampe et du cortex de souris, où le signal rouge provient de l’immunomarquage du marqueur synthétique développé par le laboratoire Szablowski et le bleu de l’immunocoloration de c-Fos, une protéine endogène dont la production est augmentée par une activité neuronale accrue. Crédit : Laboratoire Szablowski/Université Rice
« En général, si vous vouliez examiner l’expression des gènes dans le cerveau, vous deviez attendre pour faire une analyse post-mortem », a déclaré Szablowski, professeur adjoint de bio-ingénierie à la George R. Brown School of Engineering de Rice. « Il existe des techniques de neuroimagerie plus modernes qui peuvent faire cela, mais elles manquent de sensibilité et de spécificité pour suivre les changements dans des types de cellules spécifiques.
La plateforme RMA : un changement de donne
« Grâce à la plateforme RMA, nous pouvons introduire dans le cerveau un rapporteur d’expression génique synthétique, qui produit une protéine capable de traverser la barrière hémato-encéphalique. Nous pouvons ensuite mesurer les changements d’expression d’un gène d’intérêt avec un simple test sanguin.
Szablowski a d’abord envisagé la possibilité d’un rapporteur synthétique d’expression génique après avoir noté que le cerveau éliminerait rapidement les injections de thérapie par anticorps.
Sangsin Lee est un étudiant diplômé en bio-ingénierie de l’Université Rice et auteur principal d’une étude publiée dans Nature Biotechnology. Crédit : Gustavo Raskosky/Université Rice
« Chaque fois que ces injections étaient effectuées, les anticorps disparaissaient tout simplement – ils ne restaient pas assez longtemps dans le cerveau pour une thérapie efficace », a-t-il expliqué. « Mais nous pensions que l’échec des thérapies par anticorps pourrait être réutilisé à notre avantage. Et si nous prenions la partie de l’anticorps responsable de cette fuite et l’attachions à une protéine facilement détectable ? Nous pourrions alors voir où, quand et quelle quantité d’un gène particulier était exprimé dans le cerveau.
Techniques sophistiquées de bio-ingénierie
D’autres chercheurs avaient déjà déterminé que les anticorps traversaient la barrière hémato-encéphalique à l’aide du récepteur cristallisable des fragments néonatals (FcRn), un gène connu pour aider à maintenir le niveau d’anticorps présents dans tout le corps.
À l’aide de techniques sophistiquées de bio-ingénierie, Szablowski et son équipe ont attaché la partie de l’anticorps qui l’aide à traverser la barrière hémato-encéphalique à une protéine rapporteuse commune pour profiter de cette trappe de fuite biologique.
Lorsque le groupe a ensuite connecté les RMA à un gène spécifique et exprimé ce gène dans le cerveau d’une souris, ils ont pu voir cette expression se refléter dans le sang de l’animal.
Jerzy Szablowski (de gauche à droite), Sangsin Lee, Shirin Nouraein, Boao Xia et Zhimin Huang. Crédit : Gustavo Raskosky/Université Rice
Sensibilité et applications potentielles du RMA
« Cette méthode est très sensible et peut suivre les changements dans des cellules spécifiques », a déclaré Szablowski. « La production de cette protéine dans environ 1 % du cerveau a augmenté ses taux sanguins jusqu’à 100 000 fois par rapport à la valeur initiale. Nous pourrions suivre spécifiquement l’expression de cette protéine avec juste un test sanguin.
Pour l’instant, Szablowski considère les RMA comme un outil de recherche essentiel pour aider les scientifiques à mieux surveiller l’expression des gènes dans le cerveau. Par exemple, a-t-il déclaré, la plateforme RMA pourrait être utilisée pour étudier la durée pendant laquelle les nouvelles thérapies géniques restent dans le cerveau au fil du temps.
« Nous pourrions suivre ces nouvelles thérapies avec un simple test sanguin et continuer à les surveiller au fil du temps puisque la plateforme RMA est non invasive », a-t-il déclaré. « Mais nous pouvons également utiliser les RMA pour étudier l’expression des gènes en relation avec la maladie. Être capable de suivre différents changements dans l’expression des gènes nous permettra de comprendre ce qui conduit à la maladie et comment la maladie elle-même modifie l’expression des gènes dans le cerveau. Cela pourrait fournir de nouveaux indices pour le développement de médicaments, ou même sur la manière de prévenir les maladies neurologiques en premier lieu.
La Fondation David et Lucile Packard (2021-73005) et la Instituts nationaux de la santé (R21EB033059, DP2GM140923, R00DA043609, F31NS125927) ont soutenu la recherche.
