Comment les atlas de cellules humaines fournissent les chaînons manquants entre les gènes, les maladies et les traitements

une Médecine naturelle L’article de la revue Perspective décrit le potentiel des atlas cellulaires pour façonner l’avenir de la médecine. Fournissant le chaînon manquant entre les gènes et les maladies, les atlas unicellulaires permettent le développement d’outils de diagnostic plus précis et spécifiques en comprenant les mécanismes complexes de la maladie.

Stady : L’impact de l’atlas des cellules humaines sur la médecine. Crédit image : Giovanni Cancemi / Shutterstock

Contexte

Une connaissance approfondie des types de cellules, de leurs réseaux internes et de la dynamique de l’interaction cellule-cellule dans la santé et la maladie est essentielle pour comprendre l’étiologie de la maladie et découvrir de nouvelles thérapies.

L’initiative International Human Cell Atlas (HCA) a grandement contribué au domaine de la médecine en surmontant les défis logistiques et techniques de la cartographie des cellules humaines. Dans les cinq ans suivant sa création, la HCA a fourni de vastes quantités d’informations pertinentes pour la santé humaine.

La communauté a contribué de manière significative au cours de la nouvelle pandémie de coronavirus 2019 (COVID-19) en fournissant des informations précoces sur la sensibilité des cellules à l’infection et les conséquences cliniques de l’infection dans le corps.

L’atlas cellulaire de la biologie des maladies

Les différences génétiques entre les différents types de cellules contribuent de manière critique au risque de maladies complexes rares et courantes. Les études d’association à l’échelle du génome (GWAS) et les études d’association à l’échelle du phénome ont montré que les facteurs génétiques associés à une maladie sont souvent situés dans des régions non codantes, ce qui rend difficile leur connexion à un gène codant pour une protéine affectée.

À l’aide d’atlas de tissus sains, de nouveaux gènes de maladies ont été identifiés dans des types de cellules qui s’expriment uniquement dans les tissus sains. Par exemple, des atlas de cellules de la trachée ont détecté des cellules fictives pulmonaires, un type de cellule rare et innovant qui exprime un gène causal majeur de la mucoviscidose.

Les atlas sains et pathologiques de tissus spécifiques ont permis de corréler les gènes de maladies avec des sous-ensembles de cellules dans diverses maladies inflammatoires, auto-immunes, respiratoires et neurodégénératives.

Dans la rectocolite hémorragique, l’intégration d’informations dérivées de GWAS avec des données d’atlas unicellulaire a conduit à l’identification de types de cellules clés exprimant des gènes liés à la maladie. En plus d’identifier les gènes à risque individuels, les atlas cellulaires aident à interpréter les fonctions des gènes, à prédire les processus causaux et à relier des maladies génétiquement distinctes à des maladies similaires.

Les changements cellulaires internes et externes jouent un rôle vital dans la pathogenèse de la maladie. Grâce aux atlas cellulaires à haute résolution, il est désormais possible de faire la distinction avec précision et sensibilité entre les états sains et malades.

Dans la maladie de Crohn, la comparaison de la composition cellulaire de l’iléon atteint avec l’atlas de référence sain a conduit à l’identification d’une population multicellulaire unique de cellules immunitaires et de cellules stromales, prédictive d’une absence de réponse au traitement anti-TNF.

Les atlas génomiques unicellulaires et loci ont contribué de manière significative à la biologie du cancer humain. Par exemple, la comparaison des cellules tumorales et des cellules du microenvironnement avec des cellules saines a permis de mieux comprendre la complexité biologique et l’hétérogénéité des tumeurs solides.

Les cartes atlas des cellules cancéreuses ont également permis de découvrir des mécanismes de transformation néoplasique et de résistance aux médicaments et d’identifier de nouvelles cibles pour des interventions thérapeutiques.

Atlas cellulaires dans le diagnostic et le traitement des maladies

Les atlas de référence sur la santé, les atlas des maladies, les techniques de laboratoire et les programmes informatiques ont ouvert une nouvelle voie vers le développement de tests de diagnostic plus avancés avec une résolution plus élevée et une échelle moléculaire plus large.

Les atlas cellulaires humains riches et en croissance couvrent actuellement des milliers d’individus et des millions de cellules. De plus, des atlas de cellules mononucléaires sanguines issues de différentes maladies et de cellules immunitaires de différents tissus sont désormais disponibles. Cette large référence peut être utilisée pour développer de nouveaux diagnostics ainsi que pour mieux interpréter les résultats au niveau individuel.

En utilisant le profilage unicellulaire des cellules immunitaires sanguines, les corrélats sanguins de la réponse anti-PD1 dans les tumeurs ont été déterminés. En histopathologie, les données de profilage unicellulaire et spatiale peuvent être appliquées en conjonction avec des colorations tissulaires standard pour combiner l’analyse génétique et histologique.

Les atlas cellulaires peuvent également fournir les informations nécessaires pour déterminer la réponse thérapeutique au niveau individuel et prédire la toxicité cible. L’atlas des cellules saines est particulièrement efficace pour prédire le risque de toxicité cible pour les thérapies moléculaires et cellulaires. Par exemple, la neurotoxicité des lymphocytes T d’un récepteur antigénique chimère ciblant CD19 peut être prédite par l’expression de CD19 dans les cellules pariétales, les cellules musculaires lisses vasculaires et les cellules granulaires de la barrière hémato-encéphalique.

Les atlas de référence sur la santé et la génomique unicellulaire et spatiale ont également contribué de manière significative au domaine de l’administration de médicaments moléculaires, de la médecine régénérative et de la thérapie cellulaire.