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Chaque humain est un orchestre finement réglé de plus de 37 000 milliards de cellules. Cartographier ce monde peu connu est l’un des plus grands défis de la biologie – et dans lequel les scientifiques affirment avoir fait une brèche significative.
Plus de 3 600 chercheurs de plus de 100 pays ont analysé plus de 100 millions de cellules provenant de plus de 10 000 personnes, selon la dernière mise à jour d’un projet ambitieux lancé en 2016 pour produire un atlas de chaque type de cellule du corps humain.
De nouvelles recherches basées sur ces résultats, publiées mercredi dans plusieurs articles dans Nature et ses revues sœurs, représentent un « bond dans la compréhension du corps humain », selon le Atlas des cellules humaines consortium. L’effort est similaire en ampleur et en portée au Projet Génome Humain, qui a pris deux décennies pour terminer.
« Les cellules sont l’unité de base de la vie, et quand les choses tournent mal, c’est d’abord et avant tout nos cellules qui tournent mal », a déclaré Aviv Regev, coprésident fondateur de l’Atlas des cellules humaines et vice-président exécutif pour la recherche et le développement précoce chez Genentech, une société de biotechnologie basée dans le sud de San Francisco, en Californie.
« Le défi que nous avons rencontré est que nous ne connaissions pas suffisamment bien les cellules pour comprendre comment les variantes et les mutations de nos gènes affectent réellement la maladie. Une fois que nous aurons cette carte, nous serons en mesure de mieux trouver les causes des maladies », a-t-elle déclaré mardi lors d’une conférence de presse.
Regev a comparé les connaissances scientifiques en biologie cellulaire avant l’initiative Human Cell Atlas avec un « 15ème carte du siècle.
« Aujourd’hui, des années plus tard, la résolution de la carte est bien plus élevée », a-t-elle déclaré. « Cela ressemble plus à Google Maps, où vous avez une vue à très haute résolution de la topographie réelle, et en plus de cela, vous avez une vue sur la rue qui vous explique vraiment ce qui se passe là-bas. Et en plus de cela, vous pouvez même voir les habitudes de conduite, comme les changements dynamiques qui se produisent au cours de la journée », a-t-elle ajouté.
« C’est le grand pas que nous avons franchi… mais nous avons encore du travail à faire. »
Un défi est que différents types de cellules peuvent sembler morphologiquement impossibles à distinguer au microscope, mais peuvent varier considérablement au niveau moléculaire. De plus, les cellules changent avec l’âge et en fonction de l’environnement extérieur.
Les progrès de la technologie de séquençage unicellulaire permettent aux scientifiques de comprendre comment les gènes d’une cellule individuelle sont activés et désactivés en analysant l’ARN, qui lit l’ADN contenu dans chaque cellule. Cette technologie, combinée à de puissantes méthodes de calcul et d’intelligence artificielle, permet aux chercheurs de créer une carte d’identité pour chaque type de cellule.
On pensait autrefois qu’il n’existait qu’environ 200 types de cellules différents. Les scientifiques savent désormais qu’il y en a des milliers.
Le consortium construit des cartes de 18 réseaux biologiques, dont le plus complexe est le cerveau, et la première version complète de l’Atlas des cellules humaines sera publiée en 2026, a déclaré Regev. L’atlas cellulaire vise à combler le chaînon manquant entre les gènes, les maladies et les thérapies.
« Il s’agit d’un voyage incroyablement excitant, en termes de voyage à travers le corps humain et de découverte de nouvelles connaissances fondamentales sur nos cellules », a déclaré Sarah Teichmann, coprésidente fondatrice du Human Cell Atlas et professeur au Cambridge Stem Cell Institute à l’Université de Cambridge au Royaume-Uni.
Les jalons rendus publics mercredi comprennent cartographier toutes les cellules de l’intestin; produire un plan de la façon dont les squelettes humains se forment in utero ; comprendre les bases structure du thymusun organe qui joue un rôle clé dans le fonctionnement du système immunitaire ; cartographier la molécule architecture du placenta; et construire un atlas de cellules vasculaires humaines.
L’atlas du tractus gastro-intestinal, qui comprend les tissus de la bouche jusqu’à l’œsophage, l’estomac, les intestins et le côlon, a été créé avec des données provenant de 1,6 million de cellules et a révélé un type de cellule susceptible de jouer un rôle dans des maladies chroniques telles que les maladies inflammatoires de l’intestin.
La première carte du squelette a révélé que certains gènes activés dans les premières cellules osseuses pourraient être liés à un risque accru de développer une arthrite de la hanche à l’âge adulte. « Avoir une image plus claire de ce qui se passe lorsque notre squelette se forme et de son impact sur des maladies telles que l’arthrose pourrait aider à débloquer de nouveaux traitements à l’avenir », a déclaré Ken To, chercheur au Wellcome Sanger Institute en Angleterre, co-auteur de cette recherche. , dans un communiqué.
Le scientifique anglais Robert Hooke a découvert des cellules en 1665, en observant le liège au microscope. Il a introduit le mot cellule parce que les motifs réalisés par les parois cellulosiques du liège mort lui rappelaient les blocs de cellules utilisés par les moines. Cependant, ce n’est que 200 ans plus tard que les scientifiques ont finalement compris que les cellules étaient l’unité fondamentale du corps humain.
Contrairement au ébauche originale du génome humainqui reposait principalement sur un seul individu, l’atlas cellulaire se veut représentatif à l’échelle mondiale et implique des chercheurs et des échantillons de tissus humains du monde entier.
Le projet a déjà conduit à des avancées significatives, notamment la découverte d’un type de cellule jusqu’alors inconnu dans le voie respiratoire appelée ionocyte. L’étude de ce type de cellule rare pourrait ouvrir la voie à de nouvelles voies pour traiter la mucoviscidoseune maladie génétique causé par un gène qui affecte le mouvement du sel et de l’eau dans et hors des cellules.
Pendant la pandémie de Covid-19, la communauté Human Cell Atlas a utilisé les données disponibles pour révéler que le nez, les yeux et la bouche étaient les plus vulnérables à l’infection.
« Ce n’est que grâce aux données de l’Atlas des cellules humaines que ces cellules étaient… des points d’entrée avant que le virus ne pénètre dans les organes internes. Cela illustre tout simplement à quel point une carte de référence saine du corps humain est importante et une compréhension moléculaire approfondie de nous-mêmes », a déclaré Teichmann.
Jeremy Farrar, scientifique en chef de l’Organisation mondiale de la santé, qui n’a pas participé à la recherche, a convenu que les enseignements tirés de l’atlas « remodèlent déjà notre compréhension de la santé et de la maladie ».
« Cette collection historique d’articles de la communauté internationale de l’Atlas des cellules humaines souligne les énormes progrès réalisés dans la cartographie de chaque type de cellule humaine et de la manière dont elles évoluent à mesure que nous grandissons et vieillissons », a déclaré Farrar dans un communiqué.
