Les Mathématiques Permettent Aux Scientifiques De Comprendre L’organisation Au Sein D’un Noyau Cellulaire
La troisième loi de l’écrivain de science-fiction Arthur C. Clarke stipule que “toute technologie suffisamment avancée est indiscernable de la magie”. Indika Rajapakse, Ph.D., est une croyante. L’ingénieur et mathématicien se découvre alors biologiste. Et il pense que le charme du mélange de ces 3 disciplines est crucial pour démêler le fonctionnement des cellules.
Son dernier développement est une technique mathématique récente pour commencer à comprendre comment le noyau d’une cellule est organisé. La méthode, que Rajapakse et ses collaborateurs ont testée sur plusieurs types de cellules, a révélé ce que les chercheurs ont appelé des collections de transcription autosuffisantes, un sous-ensemble de protéines qui jouent un rôle crucial dans le maintien de l’identité cellulaire.
Ils espèrent que cette compréhension exposera les vulnérabilités qui pourraient être ciblées pour reprogrammer une cellule pour arrêter le cancer, ou d’autres maladies.
‘‘De plus en plus de biologistes du cancer croient que l’organisation du génome joue un rôle important dans la compréhension de la division cellulaire incontrollable, et aussi dans la possibilité de reprogrammer une cellule cancéreuse. Cela signifie que nous devons comprendre plus en détail ce qui se passe dans le noyau’’, a déclaré Rajapakse, professeur agrégé de médecine computationnelle et de bioinformatique, de mathématiques et également de génie biomédical au College of Michigan. Il est également membre du U-M Rogel Cancer Center.
Rajapakse est le rédacteur principal du journal, publié dans Nature Communications. Le projet a été dirigé par un trio d’étudiants diplômés avec un groupe interdisciplinaire de chercheurs.
Le groupe a amélioré une technologie plus ancienne pour étudier la chromatine, appelée Hi-C, qui cartographie les parties du génome proches les unes des autres. Il pourrait identifier les translocations chromosomiques, comme celles qui se produisent dans certains cancers. Sa limitation, cependant, est qu’il n’observe que ces régions génomiques adjacentes.
La technologie récente, appelée Pore-C, utilise beaucoup plus d’informations pour visualiser comment toutes les pièces du noyau d’une cellule interagissent. Les chercheurs ont utilisé une technique mathématique appelée hypergraphes. Pensez: diagramme de Venn en trois dimensions. Il permet aux scientifiques de voir non seulement des paires de régions génomiques qui interagissent, mais la totalité des connexions complexes, et qui se chevauchent à l’échelle du génome au sein des cellules.
Cette relation multidimensionnelle, nous pouvons la comprendre sans ambiguïté. Cela nous donne un moyen plus simple de comprendre les principes d’organisation à l’intérieur du noyau. Si vous comprenez cela, vous pouvez également comprendre où ces principes organisationnels s’écartent, comme dans le cas du cancer, a déclaré Rajapakse. “C’est comme mettre trois mondes ensemble: la technologie, les mathématiques et la biologie, pour analyser plus de détails à l’intérieur du noyau.”
Les scientifiques ont testé leur méthode sur des fibroblastes néonatals, des fibroblastes adultes biopsiés et des lymphocytes B. Ils ont identifié des organisations d’agroupement de transcription spécifiques à chaque type de cellule. Ils ont également découvert ce qu’ils ont appelé des agroupements de transcription auto-entretenus, qui servent de signatures transcriptionnelles clés pour un type de cellule.
Rajapakse décrit cela comme la première étape d’une image plus grande.
‘‘Mon objectif est de construire ce type d’image sur le cycle cellulaire pour comprendre comment une cellule passe par différentes étapes. Le cancer est une division cellulaire incontrôlable’’, a déclaré Rajapakse. “Si nous comprenons comment une cellule normale change au fil du temps, nous pouvons commencer à examiner les systèmes contrôlés et non contrôlés, et également trouver des moyens de reprogrammer ce système.”
Plus d’information:
Gabrielle A. Dotson et al, Entrain de déchiffrer les interactions multivoies dans le génome humain, Nature Communications (2022). DOI : 10.1038/s41467-022-32980-z
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