Rappelons, en premier lieu, que l'acide ribonucléique (ARN) est une molécule biologique présente chez pratiquement tous les êtres vivants, et aussi chez certains virus. L'ARN est très proche chimiquement de l'ADN et il est d'ailleurs en général synthétisé dans les cellules à partir d'une matrice d'ADN dont il est une copie. Les cellules utilisent en particulier l'ARN comme un support intermédiaire des gènes pour synthétiser les protéines dont elles ont besoin. L'ARN peut remplir de nombreuses autres fonctions et en particulier intervenir dans des réactions chimiques du métabolisme cellulaire.
Selon une étude menée par Children's Hospital of Philadelphia publiée dans Genes & Development, les chercheurs utilisant une nouvelle technologie puissante qui séquençait l'ARN dans 20 000 noyaux de cellules individuelles ont découvert de nouvelles informations sur les événements biologiques liés aux maladies cardiaques. Dans le cadre d'études sur les animaux, les chercheurs ont identifié une grande variété de types de cellules dans des cœurs sains et atteints et ont étudié en détail le "paysage transcriptionnel" dans lequel l'ADN transfère des informations génétiques en ARN et en protéines. Les chercheurs souhaitent utiliser ces connaissances pour découvrir de nouveaux traitements ciblés pour les maladies cardiaques. De plus, ce type de séquençage à grande échelle peut être largement appliqué dans de nombreux autres domaines de la médecine.
Bien que les chercheurs aient eu accès au séquençage massivement parallèle d'ARN monocellulaire (scRNA-seq) au cours des trois dernières années, ces derniers révèlent qu'il est techniquement difficile d'étudier des cellules uniques dans des coeurs postnatals en raison de la grande taille des cellules du muscle cardiaque.
Pour permettre l’analyse monocellulaire de cellules volumineuses telles que les cellules musculaires ou de cellules à morphologie complexe telle que les neurones, des méthodes robustes de séquençage massivement parallèles (massively parallel snRNA-seq, snRNA-seq) ont été développées en laboratoire. Selon les chercheurs, à ce jour, snRNA-seq massivement parallèle n'a été appliqué qu'au système nerveux central.
Les chercheurs ont utilisé la méthode snRNA-Seq appelée sNucDrop-seq pour analyser près de 20 000 noyaux dans le tissu cardiaque de souris normales et malades. L'étude porte sur la cardiomyopathie, groupe de maladies caractérisées par un affaiblissement progressif du muscle cardiaque et représentant une cause majeure d'insuffisance cardiaque dans le monde. Les chercheurs ont utilisé des souris développées pour modéliser un type de cardiomyopathie mitochondriale pédiatrique.
Comme le soulignent les chercheurs, le cœur est un organe complexe, avec une multitude de types de cellules, et le développement cardiaque et les maladies cardiaques chez les mammifères sont encore mal compris, en particulier pendant la période postnatale. Les chercheurs croient que l'étude fournit des informations clés dans trois domaines, soit le développement cardiaque normal, les maladies cardiaques et les mécanismes de régulation des gènes d'une hormone cardiaque appelée GDF15.
L'outil de séquençage a identifié les principaux types de cellules cardiaques, tels que les cardiomyocytes, les fibroblastes et les cellules endothéliales, ainsi que les types de cellules cardiaques plus rares. Les chercheurs ont trouvé une grande variété parmi chaque type de cellules, ainsi que des indications de changements fonctionnels dans les cellules cardiaques pendant les conditions normales et les maladies.Les chercheurs ont détecté des modifications métaboliques dans les fibroblastes, les cellules fibreuses qui rendent le cœur anormalement rigide en cas de maladie cardiaque.
Une autre découverte concerne les réseaux de gènes qui régulent la production d’hormones cardiaques dans les maladies cardiaques, en particulier le GDF15, qui ralentit la croissance globale du corps, probablement pour réduire les besoins énergétiques d’un cœur endommagé. Selon les chercheurs, une telle signalisation pourrait en dire plus sur les mécanismes biologiques à la base de la restriction de croissance couramment observée chez les enfants atteints de cardiopathie congénitale.
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