Les cartographies des cellules révèlent la diversité des neurones dans l'intestin

Un nouvel atlas détaille l'expression des gènes dans les neurones et autres cellules des intestins de souris et d'êtres humains. L'atlas pourrait aider les chercheurs à sonder les diverses fonctions du système nerveux intestinal. Il pourrait également faire la lumière sur les connexions entre l'intestin et le cerveau.

spectrumnews.org Traduction de "Cell maps reveal diversity of neurons in gut" par Chloe Williams / 21 octobre 2020

Les neurones et les cellules gliales (rouges, vertes) de l'intestin sont fragiles et s'entremêlent avec d'autres cellules (bleues) du côlon, ce qui les rend difficiles à isoler. © Avec l'aimable autorisation de E. Drokhlyansky, C. Smillie, N. Van Wittenberghe, et L. Caplan / Broad Institute Les neurones et les cellules gliales (rouges, vertes) de l'intestin sont fragiles et s'entremêlent avec d'autres cellules (bleues) du côlon, ce qui les rend difficiles à isoler. © Avec l'aimable autorisation de E. Drokhlyansky, C. Smillie, N. Van Wittenberghe, et L. Caplan / Broad Institute
Un nouvel atlas détaille l'expression des gènes dans les neurones et autres cellules des intestins de souris et d'êtres humains 1.

Environ 40 % des enfants autistes ou souffrant d'autres troubles du développement ont des problèmes gastro-intestinaux, pour lesquels les chercheurs ont proposé de nombreuses explications. Certaines études suggèrent que des mutations dans les gènes liés à l'autisme affectent les neurones de l'intestin.

Dans ce nouveau travail, les chercheurs ont établi le profil de l'expression des gènes dans 5 068 neurones de souris et 1 445 neurones de l'intestin humain, décrits en septembre dans Cell. En cartographiant les interactions potentielles entre les neurones de l'intestin et d'autres cellules du côlon, ils mettent en évidence de nombreux liens entre les neurones de l'intestin et les cellules immunitaires.

En outre, l'équipe a identifié plusieurs gènes liés à l'autisme et à d'autres conditions exprimées dans les neurones de l'intestin humain. Les gènes liés à l'autisme, tels que NRXN1, ANK2 et DSCAM, sont exprimés à des niveaux plus élevés dans les neurones de l'intestin que dans d'autres types de cellules du côlon, ce qui pourrait contribuer à expliquer pourquoi les problèmes intestinaux accompagnent souvent l'autisme, selon les chercheurs.

Augmentation de l'ARNm

Les chercheurs examinent généralement l'expression des gènes dans les cellules individuelles en prélevant les cellules - ou leurs noyaux - du tissu et en séquençant l'ARN messager (ARNm), l'intermédiaire entre les gènes et les protéines, qu'elles contiennent. Mais cette approche est délicate avec les neurones de l'intestin, car les cellules sont rares, fragiles et étroitement liées aux tissus environnants. De plus, les approches traditionnelles pour isoler les noyaux peuvent laisser trop peu d'ARNm intact pour l'analyse, selon les chercheurs.

Pour surmonter ces difficultés, les chercheurs ont mis au point une nouvelle méthode peu agressive pour séparer les cellules des tissus et isoler les noyaux. Cette technique, appelée RAISIN, laisse intacte la membrane externe entourant le noyau et les ribosomes qui y sont attachés. Comme les ribosomes traduisent l'ARNm en protéines, leur collecte augmente également la quantité d'ARNm disponible pour l'analyse.

Les chercheurs ont utilisé RAISIN pour extraire des noyaux cellulaires dans des échantillons de tissu intestinal de 29 souris. Les animaux ont été conçus pour exprimer des protéines fluorescentes dans leurs neurones et leurs glandes intestinales, des cellules qui soutiennent les neurones et communiquent avec eux. Les chercheurs ont ensuite utilisé des méthodes standard pour isoler des noyaux individuels marqués par fluorescence et séquencer leur ARNm.

Ils ont utilisé ces informations pour créer un atlas de l'expression des gènes, classant 21 types de neurones et trois types de cellules gliales dans l'intestin de la souris. L'atlas révèle également des modèles d'expression génétique qui varient en fonction de l'âge, du sexe, de la région intestinale et de l'heure de la journée.

Tri des cellules

L'équipe a mis au point une autre méthode, appelée MIRACL-seq, pour trier et analyser les noyaux isolés qui ne peuvent pas être marqués par fluorescence, comme ceux des personnes.

MIRACL-seq est basée sur des approches antérieures basées sur des gouttelettes qui séparent les noyaux en gouttelettes microscopiques contenant des brins d'ADN qui se lient à l'ARNm et agissent comme des codes-barres uniques. Les chercheurs peuvent séquencer l'ARNm de chaque gouttelette, ainsi que le code-barres qui lui est attaché, pour mesurer l'expression génétique d'une cellule.

Les approches basées sur les gouttelettes sont généralement inefficaces pour les types de cellules rares, comme les neurones de l'intestin. Dans la nouvelle étude, cependant, les chercheurs ont optimisé MIRACL-seq pour capturer huit fois plus de noyaux par essai que d'habitude.

En utilisant RAISIN et MIRACL-seq en tandem, l'équipe a examiné les tissus du côlon et de l'intestin grêle de 10 souris supplémentaires, dont aucune n'a exprimé de protéines fluorescentes dans les neurones de l'intestin, et les tissus du côlon sain de 16 personnes atteintes d'un cancer colorectal. Ils ont utilisé ces données pour affiner leur atlas de souris, créer un atlas humain et établir des comparaisons entre les deux.

L'atlas pourrait aider les chercheurs à sonder les diverses fonctions du système nerveux intestinal, affirment les chercheurs. Il pourrait également faire la lumière sur les connexions entre l'intestin et le cerveau.

Références:

  1. Drokhlyansky E. et al. Cell 182, 1606-1622 (2020) PubMed

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