Un nouvel Atlas cellulaire signale un espoir pour les déficiences visuelles liées au vieillissement

Résumé: Les chercheurs ont créé un « atlas cellulaire » révolutionnaire de l’œil humain qui pourrait révolutionner les traitements des maladies cécitantes comme le glaucome et la dégénérescence maculaire. L’atlas identifie près de 160 types de cellules uniques dans différentes structures oculaires et identifie les gènes exprimés par chaque type de cellule.

L’étude ouvre la voie à des thérapies géniques hautement ciblées en montrant exactement où les gènes associés à la maladie sont activés. Au-delà des applications cliniques, l’atlas offre un aperçu évolutif de la complexité de la vision humaine.

Faits marquants:

1. Dirigée par le neurobiologiste Joshua Sanes, l’équipe a catalogué près de 160 types de cellules dans l’œil humain, de la rétine au nerf optique.
2. Grâce au séquençage de l’ARN unicellulaire, l’atlas cartographie l’expression de plus de 180 gènes associés au glaucome, la principale cause de cécité dans le monde.
3. La recherche impliquait l’analyse de 151 000 cellules uniques et pourrait éclairer à la fois les thérapies contre la cécité et notre compréhension de l’évolution de la vision.

Source: Harvard

Le glaucome et la dégénérescence maculaire provoquent chaque année la cécité chez des millions de personnes. Des centaines de gènes ont été impliqués dans l’augmentation de la susceptibilité aux maladies, et ces gènes constituent souvent des points de départ pour des thérapies qui préviennent ou inversent la cécité. Mais il n’est pas toujours clair où, quand et pourquoi ces gènes sont exprimés dans le système visuel.

Au point culminant de plus d’une décennie de recherche, les scientifiques de Harvard ont réalisé une analyse détaillée qui pourrait non seulement ouvrir la voie à des thérapies géniques meilleures et plus ciblées contre la cécité, mais aussi inspirer une nouvelle appréciation de la grande complexité de la vision humaine.

L’équipe, dirigée par le neurobiologiste Joshua Sanes, a rédigé un catalogue complet de près de 160 types de cellules trouvés dans toutes les structures de l’œil humain, ainsi qu’un inventaire des gènes exprimés par chaque type de cellule.

Ils détaillent leurs découvertes, qu’ils appellent un atlas cellulaire de l’œil humain, dans la revue Actes de l’Académie nationale des sciences.

“Notre atlas peut être utilisé pour évaluer quels types de cellules expriment un gène associé à une maladie, suggérant ainsi des moyens de concevoir des stratégies thérapeutiques efficaces”, a déclaré Sanes.

Professeur Jeff C. Tarr de biologie moléculaire et cellulaire et directeur fondateur du Center for Brain Science de Harvard, Sanes s’intéresse depuis longtemps à la façon dont des circuits neuronaux complexes se forment dans le cerveau des mammifères, en particulier dans la rétine neurale, qui tapisse l’arrière de l’œil. et agit en partie comme caméra, en partie comme processeur graphique. La cécité la plus irréversible résulte d’une maladie de la rétine.

La rétine est également une partie du cerveau relativement facile à étudier car elle se trouve à l’extérieur du crâne, « ce qui signifie que vous pouvez l’étudier sans percer de trous », a-t-il déclaré.

Il y a plus de 10 ans, Sanes et ses collègues ont commencé à utiliser le séquençage d’ARN unicellulaire pour identifier les gènes exprimés simultanément dans des milliers de cellules rétiniennes.

La nouvelle technologie de l’époque, associée à une bioinformatique de plus en plus puissante, leur a permis de cataloguer les cellules de la rétine neurale par leurs transcriptions d’ARN, qui sont des éléments d’information uniques qui deviennent lisibles lorsque l’ADN est copié en ARN dans chaque cellule.

Intrigué par la pathogenèse de la cécité, Sanes s’est tourné vers le séquençage de l’ARN pour analyser non seulement les cellules de la rétine, mais aussi l’ensemble de l’œil humain, y compris les structures environnantes comme la cornée, l’iris et le nerf optique. Beaucoup de ces structures ont été impliquées dans la perte de vision.

Pour la nouvelle étude, l’équipe a analysé 151 000 cellules uniques, dont le nerf optique, la tête du nerf optique, la sclère et l’épithélium pigmentaire rétinien.

Au total, ils ont identifié près de 160 types de cellules. Certains sont spécifiques à des structures comme le cristallin ou la rétine, tandis que d’autres sont partagés par plusieurs structures. Leur analyse constitue un modèle permettant de savoir quels types de cellules expriment quels gènes et, surtout, où les gènes sont exprimés.

Comme preuve, ils ont utilisé leur atlas pour cartographier l’expression de plus de 180 gènes associés au glaucome, qui est la principale cause de cécité dans le monde. Le glaucome touche non seulement la rétine, mais également les tissus oculaires situés à l’avant et à l’arrière de l’œil.

Les chercheurs ont découvert des gènes associés au glaucome exprimés dans de nombreux types de cellules, notamment dans la rétine, le réseau trabéculaire et la tête du nerf optique, ainsi que dans certains endroits auxquels ils ne s’attendaient pas, comme l’épithélium pigmentaire rétinien.

La cartographie de l’expression génétique dans l’œil humain peut éclairer les traitements contre la cécité tout en offrant des indices sur l’évolution de la vision humaine. À cette fin, le laboratoire de Sanes a également utilisé le séquençage d’ARN unique pour créer des atlas de cellules neurales de primates, de rongeurs, de poissons, d’oiseaux et d’autres espèces animales.

En comparant les types de cellules partagés entre les espèces, les chercheurs peuvent tirer des conclusions sur la manière dont l’évolution a agi de manière préférentielle pour façonner différentes conceptions rétiniennes.

À propos de cette actualité de la recherche en génétique et neurosciences visuelles

Auteur: Anne J. Manning
Source: Harvard
Contact: Anne J. Manning – Harvard
Image: L’image est créditée à Neuroscience News

Recherche originale : Accès fermé.
“L’analyse transcriptomique du segment postérieur oculaire complète un atlas cellulaire de l’œil humain» par Aboozar Monavarfeshani et al. PNAS

Abstrait

L’analyse transcriptomique du segment postérieur oculaire complète un atlas cellulaire de l’œil humain

Bien que le système visuel s’étende au cerveau, la plupart des pertes de vision proviennent de défauts oculaires. Son élément central est la rétine neurale, qui détecte la lumière, traite les signaux visuels et les transmet au reste du cerveau via le nerf optique (ON). Autour de la rétine se trouvent de nombreuses autres structures, classiquement divisées en segments antérieurs et postérieurs.

Ici, nous avons utilisé le séquençage d’ARN mononucléaire à haut débit (snRNA-seq) pour classer et caractériser les cellules dans six composants extrarétiniens du segment postérieur : ON, tête du nerf optique (ONH), sclérotique périphérique, sclérotique péripapillaire (PPS), choroïde. et l’épithélium pigmentaire rétinien (RPE). Les défauts dans chacun de ces tissus sont associés à des maladies cécitantes, par exemple le glaucome (ONH et PPS), la névrite optique (ON), la rétinite pigmentaire (RPE) et la dégénérescence maculaire liée à l’âge (RPE et choroïde).

À partir d’environ 151 000 noyaux uniques, nous avons identifié 37 types de cellules transcriptomiquement distincts, dont plusieurs types d’astrocytes, d’oligodendrocytes, de fibroblastes et de cellules endothéliales vasculaires.

Nos analyses ont révélé une distribution différentielle de nombreux types de cellules parmi des structures distinctes.

Avec nos analyses précédentes du segment antérieur et de la rétine, les données présentées ici complètent un atlas cellulaire « Version 1 » de l’œil humain.

Nous avons utilisé cet atlas pour cartographier l’expression de plus de 180 gènes associés au risque de développer un glaucome, connu pour impliquer les tissus oculaires des segments antérieurs et postérieurs ainsi que la rétine neurale.

Des méthodes similaires peuvent être utilisées pour étudier de nombreuses autres maladies oculaires, dont beaucoup sont actuellement incurables.