Une collaboration interdisciplinaire a utilisé une forme de pointe de marquage de l’ARN pour cartographier l’expression des gènes qui se produit pendant la maturation folliculaire et l’ovulation chez la souris.
L’atlas qui en résulte révèle une gamme d’interactions cellulaires et moléculaires jusqu’alors inconnues qui contrôlent l’ovulation, essentielle à la fertilité féminine. Ces résultats pourraient s’avérer cruciaux dans le développement de traitements thérapeutiques contre l’infertilité.
L’étude a été publiée le 22 janvier Actes de l’Académie nationale des sciences, était dirigé par Iwijn De Vlaminck, professeur agrégé de génie biomédical à Cornell Engineering, et Yi Ren, professeur adjoint de sciences animales au Collège d’agriculture et des sciences de la vie. L’auteur principal de l’article est Madhav Mantri, Ph.D. ’23, maintenant chercheur postdoctoral à l’Université de Stanford.
De Vlaminck avait précédemment utilisé la méthode d’imagerie de la transcriptomique spatio-temporelle à haute résolution pour examiner l’ensemble du spectre de l’ARN dans les tissus de souris, montrant ainsi le rôle de l’ARN insaisissable dans la régénération des muscles squelettiques et la myocardite virale. La transcriptomique convertit essentiellement l’ARN en copies d’ADN, qui sont étiquetées avec des codes-barres qui capturent leur emplacement spatial – des données qui peuvent ensuite être séquencées en une image.
En 2022, De Vlaminck a donné une conférence sur les résultats de la myocardite lors du 2e Symposium intercampus d’immunologie, auquel Ren a participé. Elle était intriguée par l’approche de De Vlaminck et se demandait si elle pouvait s’appliquer à l’un de ses principaux intérêts : élucider les mécanismes cellulaires et moléculaires qui régulent l’ovulation.
L’ovulation nécessite une coordination précise entre les cellules germinales femelles, appelées ovules, et leur libération par la rupture des follicules ovariens, qui fournissent l’environnement nécessaire à la croissance et à la maturation des ovules. Chez la souris, cette pause se produit tous les quatre à cinq jours ; chez les femmes environ toutes les quatre semaines. Les ovules se détériorent rapidement une fois qu’ils quittent l’ovaire, le moment de leur libération est donc crucial.
« Les follicules ovariens sont comme des rampes de lancement, et l’ovaire est comme un contrôle au sol. Ensemble, ils préparent les œufs pour la fécondation au bon moment et au bon endroit », a déclaré Ren. « Tous les différents types de cellules de l’ovaire doivent travailler ensemble à travers un « réseau social » incroyablement complexe et dynamique qui implique une communication complexe entre toutes les cellules. C’est la force de la technologie d’Iwijn. Il combine une haute résolution temporelle et spatiale. Donc ces deux-là. » capture vraiment l’essence de l’ovulation.
Au cours des années qui ont suivi l’étude de De Vlaminck sur la myocardite, la résolution spatiale de la transcriptomique s’est considérablement améliorée, passant de 100 micromètres à 10 micromètres par pixel – une amélioration décuplée qui a abouti à une résolution proche d’une seule cellule. Cependant, l’inconvénient de l’acquisition d’une telle quantité de données est que l’analyse de toutes les données est intimidante.
“Nous avions une dizaine d’images et avons passé dix bons mois à essayer de les comprendre”, explique De Vlaminck.
Pour chaque image, les chercheurs ont séquencé des centaines de millions de molécules d’ADN, puis les ont traduites en une matrice d’expression génique. Chaque pixel contenait le niveau d’expression de l’ensemble des 22 000 gènes codant pour des protéines dans le génome de la souris. Multipliez cela par environ 100 000 pixels. Et c’etait juste le début.
“Vous devez convertir ces données en informations biologiques, examiner les modèles temporels, repérer les états cellulaires spécialisés, etc.”, a déclaré De Vlaminck. “Ce n’est pas comme une image normale au microscope où vous avez l’image et c’est tout, vous voyez ce que vous voyez.”
Entre autres choses, l’atlas montre qu’environ une heure avant la libération d’un ovule, les follicules subissent une couche supplémentaire de sélection pour déterminer quels ovules ovuleront. Ce processus aigu n’a jamais été connu auparavant et s’il échoue, il peut entraîner une réduction des taux d’ovulation et affecter la fertilité. Les chercheurs ont également pu identifier des marqueurs de différenciation précoces qui déterminent les différents chemins que les cellules peuvent emprunter dans l’ovaire. En fait, l’atlas capture les programmes dynamiques de contrôle cellulaire et moléculaire aux stades très précoces et très avancés de l’ovulation.
“Ce type d’atlas fournit beaucoup plus de détails sur l’endroit et le moment où tous les changements moléculaires se produisent dans l’ovaire, détails qui ont été difficiles à capturer avec d’autres méthodes”, a déclaré De Vlaminck. “Cela pourrait conduire à de nouvelles interventions ciblant des molécules spécifiques que nous identifions, par exemple des gènes spécifiques importants dans la gestion de la fertilité.”
Désormais, De Vlaminck et Ren, tous deux membres du corps professoral du Cornell Reproductive Sciences Center, prévoient d’étendre leur collaboration à la recherche sur les problèmes de fertilité et d’ovulation liés à l’obésité et au vieillissement reproductif.
Aux États-Unis seulement, plus de 10 % des cas d’infertilité sont dus à l’ovulation, ont noté les chercheurs, un problème exacerbé par l’augmentation de l’obésité et de l’âge maternel.
« Chez Cornell, il y a un intérêt croissant pour des problèmes comme celui-ci, dans lesquels nous pouvons appliquer des principes d’ingénierie de pointe à la médecine reproductive – un domaine dans lequel ces outils de pointe ne sont pas utilisés aussi fréquemment ou aussi tôt que dans d’autres domaines tels que le cancer. la biologie, par exemple”, a déclaré De Vlaminck.
Les co-auteurs incluent Hanxue Hannah Zhang, étudiante diplômée, et Emmanuel Spanos ’24.
La recherche a été soutenue par le Cornell Center of Vertebrate Genomics et l’Institut national Eunice Kennedy Shriver de la santé infantile et du développement humain.