Un atlas transcriptomique complet à cellule unique de la cochlée

Le système auditif, un système sensoriel mammifère distinctif, possède des propriétés biophysiques remarquables. La surdité héréditaire, un trouble sensorineural courant, est principalement une maladie à gène unique présentant une hétérogénéité génétique substantielle, divisée en groupes non syndromiques (80 % des cas) et syndromiques (20 % des cas). Actuellement, la recherche a identifié environ 125 gènes associés à la surdité non syndromique et environ 300 gènes liés à la surdité syndromique. Certains de ces gènes causatifs jouent des rôles cruciaux dans des types cellulaires cochléaires spécifiques.

L'organe cochléaire comprend un nombre limité de cellules, en particulier des cellules ciliées auditives, avec moins de 15 000 présentes dans la cochlée humaine. Cette rareté pose des défis pour déchiffrer les mécanismes moléculaires régissant son développement et sa physiologie. Au cours des dernières années, les avancées dans les thérapies géniques et cellulaires cochléaires, ainsi que des études transcriptomiques approfondies, ont conduit à l'analyse de types cellulaires cochléaires spécifiques. Cependant, il manque encore un profil transcriptomique standardisé et complet englobant l'ensemble du processus de différenciation, depuis l'origine de l'organe sensoriel jusqu'à sa maturation complète.

Pour combler cette lacune, l'étude intitulée "Profilage transcriptomique unicellulaire de la cochlée de la souris : un atlas pour des thérapies ciblées" a été publiée dans PNASEn utilisant un modèle murin, l'équipe de recherche a examiné plus de 120 000 cellules à travers trois étapes critiques du développement cochléaire : P8 (avant l'audition), P12 (pendant l'audition) et P20 (formation cochléaire). L'objectif était de créer un profil transcriptomique complet à cellule unique de la cochlée de la souris. En utilisant le séquençage d'ARN à cellule unique et mononucléaire (scRNAseq et snRNAseq) en combinaison avec des essais d'hybridation in situ d'ARN étendus (RNA scope), la transcriptomique de presque tous les types cellulaires cochléaires a été méticuleusement caractérisée. Fait remarquable, les chercheurs ont également découvert trois types cellulaires auparavant inconnus, une découverte significative qui jette les bases pour déchiffrer les mécanismes moléculaires régissant l'organisation unique des propriétés biophysiques de la membrane basale.

Caractérisation transcriptomique des types cellulaires cochléaires. (Jean et al., 2023)

L'équipe a intégré des données transcriptomiques unicellulaires provenant de trois stades de différenciation. Ils ont divisé l'ensemble de données en deux collections principales : les cellules circulantes, principalement des cellules sanguines, et les cellules non circulantes. Les cellules non circulantes se différencient ensuite en cellules de tissu cochléaire mou et cartilagineux/ostéochondral. Les cellules circulantes ont été caractérisées manuellement en fonction de l'expression de marqueurs typiques.

Les types de cellules non circulantes ont été subdivisés en six groupes principaux selon leur sous-région cochléaire d'origine. Ces groupes comprennent le groupe de cellules de la paroi latérale, le groupe de cellules épithéliales neurosensorielles et le groupe de cellules du ganglion spiral. Les trois types de cellules cochléaires restants ont été regroupés sous le nom de groupe de cellules de "structure périphérique".

Dans leurs recherches, l'équipe s'est concentrée sur les cellules cochléaires exprimant des gènes liés à la fonction osseuse et a identifié trois stades différents de maturation des ostéoblastes. Ces stades étaient les préostéoblastes cochléaires, les ostéoblastes et les ostéocytes. En analysant l'expression de Dlx5 et Runx2, qui sont impliqués dans la différenciation des ostéoblastes, les chercheurs ont réussi à identifier ces types cellulaires. Parmi eux, les ostéoblastes représentaient environ 90%-95% de la population totale d'ostéoblastes.

En plus des trois types de cellules connus, les chercheurs ont découvert deux groupes de cellules précédemment non identifiés, appelés cellules structures périphériques 1 et 2 (SS1, SS2). Les gènes spécifiquement exprimés dans SS1 étaient Osr2 et Chrdl1, tandis que les gènes spécifiquement exprimés dans SS2 étaient Bmp6 et Col1a1. L'analyse de l'Ontology des Gènes (GO) a révélé que ces gènes jouent des rôles dans la différenciation des ostéoblastes, l'ossification, le développement du cartilage, l'odontogenèse et les processus biologiques liés au développement du système squelettique.

En résumé, en plus des trois ostéoblastes classiques, l'équipe a révélé deux types cellulaires distincts localisés dans les structures osseuses spongieuses. Ces cellules ont montré des profils transcriptomiques similaires à ceux des ostéoblastes, mais étaient différentes des pré-ostéoblastes, ostéoblastes et ostéocytes.

Caractérisation transcriptomique des types cellulaires osseux. (Jean et al., 2023)

L'équipe de recherche a examiné les altérations de l'expression génique au sein de différents types cellulaires cochléaires de P8 à P20 afin d'évaluer leurs processus de maturation distincts et relatifs. Les résultats ont révélé que pendant cette période de développement, les cellules SVB, les cellules RM et les ostéoblastes ont présenté des changements mineurs à modérés dans l'expression génique. En revanche, des types cellulaires comme les fibroblastes, les ostéoblastes, les cellules SS1 et SS2 ont montré des changements substantiels, tandis que les fibroblastes ont affiché les variations les plus remarquables dans l'expression génique.

Modèle d'expression des gènes de surdité non syndromique dans les cellules cochléaires. (Jean et al., 2023)

Cette étude présente une vitrine exhaustive de la cartographie unicellulaire tout au long du processus de développement cochléaire. Elle révèle les gènes présentant les variations d'expression les plus significatives au sein des cellules cochléaires à différents moments du développement postnatal. De plus, la recherche offre des données transcriptomiques approfondies pour plusieurs types de cellules cochléaires, établissant une base solide pour comprendre les origines de la surdité héréditaire.

Collectivement, ce profil d'expression génique complet ouvre la voie à l'élucidation du réseau complexe de régulation génique gouvernant la différenciation et la maturation des cellules cochléaires. De telles informations sont essentielles pour concevoir des thérapies ciblées efficaces visant à favoriser le développement de traitements potentiels.

Référence :

1. Jean, Philippe, et al. "Profilage transcriptomique unicellulaire de la cochlée de la souris : Un atlas pour des thérapies ciblées." Proceedings of the National Academy of Sciences 120.26 (2023) : e2221744120.