L’étude des cellules souches et leur utilisation thérapeutique font de plus en plus appel aux approches de transgenèse, par ailleurs très utilisées dans de nombreux autres domaines de la biologie. Ces approches permettent l’intégration stable de gènes d’intérêt dans le génome des cellules ciblées, assurant ainsi leur expression sur le long terme. Malgré l’émergence de puissants outils moléculaires facilitant l’intégration génomique, les procédures de transgenèse se heurtent à un problème fondamental : l’impossibilité de distinguer les transgènes qui s’incorporent dans le génome de ceux, bien plus nombreux, ne s’y intégrant pas –les deux formes étant actives. Ce problème complexifie considérablement l’identification des cellules transgéniques.
Une nouvelle approche permettant de le résoudre a été conçue à l’Institut de la Vision par l’équipe de Jean Livet en collaboration avec les équipes de Stéphane Nedelec et d’Alexandra Rebsam à l’Institut du Fer à Moulin, de Michel Cohen-Tannoudji à l’Institut Pasteur et Samuel Tozer à l’Ecole Normale Supérieure.
La clef du problème a été de conditionner l’activation des transgènes à leur intégration dans le génome hôte. Pour cela, les chercheurs ont créé un nouveau type d’« interrupteur génique » couplant intégration et expression des transgènes. Ce système appelé « iOn switch» (integration-coupled On expression switch) conduit à un réarrangement de la séquence d’ADN d’un transgène lors de son incorporation dans le génome hôte sous l’effet d’une enzyme de type transposase, employée de manière croissante en transgenèse. Ce réarrangement déclenche l’expression du gène d’intérêt, un marqueur fluorescent permettant d’identifier aisément les cellules génétiquement modifiées. Les chercheurs ont validé la nouvelle approche dans plusieurs modèles et espèces, montrant son efficacité et sa robustesse. (Dans la petite Image: Epithélium pigmentaire rétinien de poulet marqué avec le système iOn (chaque héxagone est une cellule). Crédit : Franck Maurinot et Takuma Kumamoto)
Les applications du système iOn sont très nombreuses : in vitro, il permet de dériver aisément des lignées cellulaires stables exprimant un transgène d’intérêt sans faire appel à l’habituelle sélection par des agents chimiques. In vivo, il est idéal pour marquer de manière permanente les cellules souches et suivre leur lignage au cours du développement, ou pour moduler expérimentalement l’expression de certains gènes dans le but de comprendre leur fonction..
La simplification radicale du processus de transgenèse permise par le système iON ouvre aussi la voie à des manipulations génétiques nécessitant l’intégration de plusieurs transgènes distincts, jusqu’à présent difficiles à mettre en œuvre. Ceci offre de nouvelles possibilités pour les études du développement rétinien en cours à l’Institut.
Article associé: Direct Readout of Neural Stem Cell Transgenesis with an Integration-Coupled Gene Expression Switch, par Takuma Kumamoto, Franck Maurinot, Raphaëlle Barry-Martinet Célia Vaslin, Sandrine Vandormael-Pournin, Mickaël Le, Marion Lerat, Dragos Niculescu, Michel Cohen-Tannoudji, Alexandra Rebsam, Karine Loulier, Stéphane Nedelec, Samuel Tozer and Jean Livet
https://www.doi.org/10.1016/j.neuron.2020.05.038
Download here the PDF of the full application
