Chaque organisme a son propre arbre généalogique. Et comme tout arbre généalogique, l’arbre généalogique d’un organisme est plus intéressant s’il est à la fois complet et richement détaillé. C’est-à-dire que chaque membre de l’arbre généalogique doit être affiché à sa place avec des informations biographiques. Dans le cas d’un organisme — une souris par exemple — les membres de l’arbre généalogique sont des cellules individuelles et les informations biographiques sont constituées de profils d’expression génique.

Si des arbres généalogiques complets d’organismes entiers pouvaient être assemblés, les chercheurs en apprendraient beaucoup sur le développement, le vieillissement et les maladies. Malheureusement, les arbres généalogiques qui tracent le développement de tissus ou d’organismes ont été limités à de petits groupes de cellules ou rendus vaguement suspects, en raison des distorsions causées par les techniques d’évaluation intrusives des cellules.

La bonne nouvelle est qu’une nouvelle technologie a été développée qui peut servir en quelque sorte de ancestry.com pour les cellules d’un organisme. Autrement dit, il promet de coupler les informations d’ascendance cellulaire avec des lectures moléculaires détaillées, telles que les signatures transcriptionnelles.

La technologie, appelée CRISPR Array Repair Lineage Tracing (CARLIN), a été développée par des scientifiques du programme de recherche sur les cellules souches de l’Hôpital pour enfants de Boston et de l’Institut du cancer Dana-Farber / Harvard Medical School. Il peut être utilisé pour suivre toutes les cellules du corps, du stade embryonnaire jusqu’à l’âge adulte.

En utilisant une technique de « code-barres » et une technologie d’édition de gènes CRISPR, CARLIN peut identifier différents types de cellules à mesure qu’elles émergent et quels gènes chacun active. Des détails sur CARLIN sont apparus dans la revue Cell, dans un article intitulé « Une lignée de Souris CRISPR-Cas9 conçue pour la Lecture Simultanée de l’Historique des Lignées et des Profils d’Expression Génique dans des Cellules uniques. »

« Ce modèle exploite la technologie CRISPR pour générer jusqu’à 44 000 codes-barres transcrits de manière inductible à tout moment du développement ou de l’âge adulte, est compatible avec le code-barres séquentiel et est entièrement défini génétiquement », ont écrit les auteurs de l’article. « Nous avons utilisé CARLIN pour identifier des biais intrinsèques dans l’activité des clones de cellules souches hématopoïétiques du foie fœtal (CSH) et pour découvrir un goulot d’étranglement clonal auparavant non apprécié dans la réponse des CSH aux blessures. »

« Le rêve que de nombreux biologistes du développement ont depuis des décennies est un moyen de reconstruire chaque lignée cellulaire, cellule par cellule, à mesure qu’un embryon se développe ou qu’un tissu se construit », a déclaré Fernando Camargo, PhD, chercheur principal dans le programme de recherche sur les cellules souches et co-auteur principal de l’article avec Sahand Hormoz, PhD, chercheur, Dana-Farber Cancer Institute et professeur adjoint de biologie des systèmes, Harvard Medical School. « Nous pourrions utiliser ce modèle de souris pour suivre tout son développement. »

Camargo, Hormoz et les co-premiers auteurs de leurs laboratoires respectifs — Sarah Bowling, PhD, et Duluxan Sritharan — ont créé le modèle de souris en utilisant une méthode qu’ils appellent CRISPR Array Repair Lineage Tracing, ou CARLIN. Le modèle peut révéler les lignées cellulaires – l' »arbre généalogique » dans lequel les cellules parentes créent différents types de cellules filles — ainsi que les gènes activés ou désactivés dans chaque cellule au fil du temps.

Auparavant, les scientifiques n’ont pu tracer que de petits groupes de cellules chez des souris à l’aide de colorants ou de marqueurs fluorescents. Des étiquettes ou des codes à barres ont également été utilisés, mais les approches précédentes nécessitaient une connaissance préalable des marqueurs pour isoler différents types de cellules, ou nécessitaient une extraction et une manipulation chronophages des cellules, ce qui pouvait affecter leurs propriétés. L’avènement de CRISPR a permis aux chercheurs de barcode les cellules sans les perturber et de suivre la lignée de milliers de cellules simultanément.

En utilisant une forme inductible de CRISPR, les chercheurs peuvent créer jusqu’à 44 000 codes-barres d’identification différents à tout moment de la vie d’une souris. Les scientifiques peuvent ensuite lire les codes-barres en utilisant une autre technologie appelée séquençage de l’ARN unicellulaire, permettant de collecter des informations sur des milliers de gènes activés dans chaque cellule à code-barres. Ceci, à son tour, fournit des informations sur l’identité et la fonction des cellules.

Comme cas de test, les chercheurs ont utilisé le nouveau système pour révéler des aspects inconnus du développement du sang pendant le développement embryonnaire et pour observer la dynamique de la reconstitution du sang après la chimiothérapie chez des souris adultes.

Mais les chercheurs pensent que leur système pourrait également être utilisé pour comprendre les changements dans les arbres de lignage cellulaires pendant la maladie et le vieillissement. De plus, le système pourrait être utilisé pour enregistrer la réponse à des stimuli environnementaux tels que l’exposition aux agents pathogènes et l’apport en nutriments.

« Pouvoir créer des cartes de lignées unicellulaires de tissus de mammifères est sans précédent », a déclaré Camargo, également membre du Harvard Stem Cell Institute. « Outre ses nombreuses applications à l’étude de la biologie du développement, notre modèle fournira des informations importantes sur les types et les hiérarchies cellulaires qui sont affectés lorsque les organismes réagissent aux blessures et aux maladies. »