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Les scientifiques découvrent un interrupteur moléculaire au cancer inversé

Les chercheurs kaist ont développé une technologie qui inverse le cancer en identifiant un commutateur génétique au moment où les cellules deviennent cancéreuses.

Kaist Les chercheurs ont découvert un interrupteur moléculaire qui peut revenir à la normale des cellules cancéreuses en capturant l’état de transition critique avant le développement complet du cancer. Utilisation d’un modèle de réseau de gènes de calcul basé sur une seule cellule ARN séquençage, ils ont identifié des mécanismes moléculaires clés derrière la réversion du cancer.

L’équipe de recherche du professeur Kwang-Hyun Cho a récemment été reconnue pour développer une technologie de traitement d’inversion du cancer innovante qui ne tue pas les cellules cancéreuses mais modifie plutôt leurs caractéristiques, les restaurant dans un état similaire aux cellules normales.

Cette fois, ils ont réussi à découvrir, pour la première fois, un commutateur moléculaire caché dans le réseau génétique qui peut induire un inversion du cancer au moment précis où les cellules normales se transforment en cellules cancéreuses.

Kaist (président Kwang-Hyung Lee) a annoncé le 5 février que l’équipe du professeur Cho du Département de biographie et de génie du cerveau avait développé avec succès une technologie fondamentale pour détecter et analyser la phase de transition critique lorsque les cellules normales deviennent cancéreuses. Cette percée a conduit à la découverte d’un commutateur moléculaire capable de retourner les cellules cancéreuses à leur état normal.

Construction automatique d'un modèle informatique d'un réseau de gènes de base
Cadre conceptuel global de la technologie qui construit automatiquement un réseau de régulation moléculaire à partir de données de séquençage d’ARN à cellule unique des cellules cancéreuses du côlon pour découvrir des commutateurs moléculaires pour la réversion du cancer par analyse de simulation informatique. L’équipe de recherche du professeur Kwang-Hyun Cho a établi une technologie fondamentale pour la construction automatique d’un modèle informatique d’un réseau de gènes de base en analysant l’ensemble du processus de tumorigenèse des cellules du côlon se transformant en cellules cancéreuses et a développé une technologie originale pour découvrir les commutateurs moléculaires qui peuvent induire une inversion des cellules cancéreuses grâce à l’analyse du paysage des attracteurs. Crédit: Laboratoire kaist pour la biologie des systèmes et l’ingénierie bio-inspirée

Une transition critique est un phénomène dans lequel un changement soudain d’état se produit à un moment précis, comme l’eau se transformant en vapeur à 100 ℃.

Ce phénomène de transition critique se produit également dans le processus dans lequel les cellules normales se transforment en cellules cancéreuses à un moment spécifique en raison de l’accumulation de changements génétiques et épigénétiques.

Diagramme schématique des résultats de la recherche
Diagramme schématique des résultats de la recherche. L’équipe de recherche du professeur Kwang-Hyun Cho a développé une technologie originale pour découvrir systématiquement des commutateurs moléculaires clés qui peuvent induire la réversion des cellules cancéreuses du côlon grâce à une approche de biologie des systèmes en utilisant une analyse de paysage d’attracteur d’un modèle de réseau génétique pour la transition critique au moment de la transformation de la transformation de la transformation de la transformation de la transformation de la transformation de la transformation de la transformation de la transformation de la transformation de la transformation de cellules normales aux cellules cancéreuses et vérifié l’effet d’inversion du cancer réel du côlon par des expériences cellulaires. Crédit: Laboratoire kaist pour la biologie des systèmes et l’ingénierie bio-inspirée

L’équipe de recherche a découvert que les cellules normales peuvent entrer dans un état de transition critique instable où les cellules normales et les cellules cancéreuses coexistent juste avant de se transformer en cellules cancéreuses pendant la tumorigenèse, la production ou le développement de tumeurs, et analysé cet état de transition critique en utilisant une méthode de biologie de systèmes pour Développer une technologie d’identification de commutation moléculaire d’inversion du cancer qui peut inverser le processus de cancer.

Ils ont ensuite appliqué cela aux cellules cancéreuses du côlon et confirmés par des expériences de cellules moléculaires que les cellules cancéreuses peuvent récupérer les caractéristiques des cellules normales.

Student PhD Seoyoon D. Jeong, professeur Kwang Hyun Cho, Dr Dongkwan Shin, Dr Jeong Ryeol Gong
Photo. (De gauche à gauche) Student Seoyoon D. Jeong, (en bas), le professeur Kwang-Hyun Cho, (en haut) Dr Dongkwan Shin, Dr Jeong-Ryeol Gong Credit: Kaist Laboratory for Systems Biology and Bio-inspired Engineering

Approche informatique innovante de la réversion du cancer

Il s’agit d’une technologie originale qui déduit automatiquement un modèle informatique du réseau génétique qui contrôle la transition critique du développement du cancer à partir de données de séquençage d’ARN à cellule, et trouve systématiquement des commutateurs moléculaires pour la réversion du cancer par analyse de simulation.

On s’attend à ce que cette technologie soit appliquée au développement de thérapies de réversion pour d’autres cancers à l’avenir.

Reconstruction d'un modèle de réseau dynamique pour l'état de transition du cancer colorectal.
Reconstruction d’un modèle de réseau dynamique pour l’état de transition du cancer colorectal. Une nouvelle technologie a été établie pour construire un modèle d’ordinateur de réseau de gènes qui peut simuler les changements dynamiques entre les gènes en intégrant les données de séquençage d’ARN à cellule unique et les résultats expérimentaux existants sur les interactions gène / gène dans la transition critique du cancer. (un). En utilisant cette technologie, un modèle informatique de réseau de gènes pour la transition critique du cancer colorectal a été construit, et la distribution d’attracteurs représentant des phénotypes normaux et des cellules cancéreuses a été étudiée par l’analyse du paysage des attracteurs (BE). Crédit: Laboratoire kaist pour la biologie des systèmes et l’ingénierie bio-inspirée

Le professeur Kwang-hyun Cho a déclaré: «Nous avons découvert un interrupteur moléculaire qui peut revenir sur le sort des cellules cancéreuses à un état normal en capturant le moment de transition critique juste avant que les cellules normales ne soient transformées en un état cancéreux irréversible.»

Il a poursuivi: «En particulier, cette étude a révélé en détail, au niveau du réseau génétique, ce que les changements se produisent dans les cellules derrière le processus de développement du cancer, qui a été considéré comme un mystère jusqu’à présent.» Il a souligné: «Il s’agit de la première étude à révéler qu’un indice important qui peut remettre le sort de la tumorigenèse est caché à ce moment très critique de changement.»

Identification de l'état de transition tumorale
Identification de l’état de transition tumorale en utilisant des données de séquençage d’ARN à cellule à partir d’un cancer colorectal. En utilisant des données de séquençage d’ARN à un cellule à partir d’organeïdes dérivés du patient colorectal pour les tissus normaux et cancéreux, une transition critique a été identifiée dans laquelle les cellules normales et cancéreuses coexistent et l’instabilité augmente (AD). La transition critique a été confirmée pour montrer les niveaux intermédiaires de caractéristiques phénotypiques majeures liées au cancer ou aux tissus normaux qui indiquent les états entre les cellules normales et cancéreuses (E). Crédit: Laboratoire kaist pour la biologie des systèmes et l’ingénierie bio-inspirée

Les résultats de cette étude, menés par Kaist, le Dr Dongkwan Shin (actuellement au National Cancer Center), le Dr Jeong-Ryeol Gong et le doctorant Seoyoon D. Jeong conjointement avec une équipe de recherche à la Séoul National University qui a fourni les organes ( Les tissus cultivés in vitro) de Colon Cancer Patient, ont été publiés sous forme de document en ligne dans la revue internationale Science avancée.

Identification et validation expérimentale du gène cible optimal pour la réversion du cancer
Identification et validation expérimentale du gène cible optimal pour la réversion du cancer. Parmi les gènes cibles courants des combinaisons de facteurs de transcription découvertes, nous avons identifié le cancer inversant les commutateurs moléculaires qui devraient supprimer la prolifération des cellules cancéreuses et restaurer les caractéristiques des cellules du côlon normales (MA). Lorsque les inhibiteurs des commutateurs moléculaires ont été traités avec des organoïdes dérivés de patients atteints de cancer du côlon, il a été confirmé que la prolifération des cellules cancéreuses a été supprimée et l’expression de gènes clés liés au développement du cancer était inhibé (EH), et un groupe de gènes liés au côlon normal L’épithélium a été activé et transformé en un état similaire aux cellules du côlon normales (IJ). Crédit: Laboratoire kaist pour la biologie des systèmes et l’ingénierie bio-inspirée

Référence: «L’analyse du paysage des attracteurs révèle un interrupteur de réversion dans la transition de la tumorigenèse colorectale» par Dongkwan Shin, Jeong-Ryeol Gong, Seoyoon D. Jeong, Youngwon Cho, Hwang-Phill Kim, Tae-You Kim et Kwang-Hyun Cho, 22 Janvier 2025, Science avancée.
Doi: 10.1002 / advs.202412503

Cette étude a été menée avec le soutien de la National Research Foundation of Korea dans le cadre du ministère des Sciences et des TIC par le biais du programme de recherche de chercheurs et de laboratoire de recherche fondamentale et le projet de recherche translationnelle centrée sur la maladie du Corée de l’industrie de la santé de l’Institut de développement de l’industrie de la santé (KHIDI (KHIDI (KHIDI (KHIDI (KHIDI ) du ministère de la Santé et du bien-être.