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Lorsque votre système immunitaire est exposé à un vaccin, à un allergène ou à un microbe infectieux, des sous-ensembles de lymphocytes T capables de reconnaître un intrus passent à l’action. Certaines de ces cellules T sont prêtes à tuer les cellules infectées, tandis que d’autres servent de cellules de mémoire qui circulent dans tout le corps, surveillant le cas où l’envahisseur réapparaîtrait.

Identifier les celles T responsables des allergies

Les chercheurs du MIT ont maintenant mis au point un moyen d’identifier les cellules T qui partagent une cible particulière, dans le cadre d’un processus appelé séquençage d’ARN monocellulaire à haut débit. Ce type de profilage peut révéler les fonctions de ces lymphocytes T en déterminant quels gènes ils activent à un moment donné. Dans cette nouvelle étude, les chercheurs ont utilisé cette technique pour identifier les cellules T responsables de l’inflammation observée chez les patients allergiques aux arachides.
Dans les travaux en cours, les chercheurs utilisent cette méthode pour étudier comment les lymphocytes T des patients répondent à l’immunothérapie orale pour les allergies aux arachides, ce qui pourrait les aider à déterminer si un traitement fonctionnera pour un patient particulier. Ces études pourraient également aider les chercheurs à développer et à tester de nouveaux traitements.
«Les allergies alimentaires touchent environ 5% de la population et il n’y a pas vraiment d’intervention clinique claire à part ne pas consommer l’aliment en question, ce qui peut causer beaucoup de stress pour les familles et les patients», ont déclaré J. Christopher Love, du Raymond A. et Helen E. St. Laurent professeur de génie chimique et membre de l’Institut Koch pour la recherche sur le cancer par intégration au MIT. « Comprendre la biologie sous-jacente de ce qui motive ces réactions reste une question vraiment critique. »
Love et Alex K. Shalek, professeurs associés au MIT, sont les auteurs principaux de l’étude, qui figure aujourd’hui dans Nature Immunology. Les auteurs principaux du document sont les étudiants diplômés Ang Andy Tu et l’ancien postdoc Todd Gierahn.

Extraction des informations

La nouvelle méthode des chercheurs s’appuie sur leurs précédents travaux pour développer des techniques permettant d’effectuer rapidement le séquençage d’ARN monocellulaire sur de grandes populations de cellules. En séquençant l’ARN messager, les scientifiques peuvent découvrir quels gènes sont exprimés à un moment donné, ce qui leur donne un aperçu des fonctions des cellules individuelles.
Effectuer le séquençage de l’ARN sur des cellules immunitaires, telles que les cellules T, présente un grand intérêt, car les cellules T jouent de nombreux rôles différents dans la réponse immunitaire. Cependant, les études de séquençage précédentes ne pouvaient pas identifier les populations de cellules T qui répondent à une cible particulière, ou à un antigène, qui est déterminée par la séquence du récepteur des cellules T (TCR). En effet, le séquençage d’ARN monocellulaire ne marque et séquence généralement qu’une seule extrémité de chaque molécule d’ARN, et la majeure partie de la variation des gènes du récepteur des lymphocytes T se trouve à l’extrémité opposée de la molécule, qui n’est pas séquencée.
«Pendant longtemps, les gens ont décrit les cellules T et leur transcriptome avec cette méthode, mais sans information sur le type de récepteur des cellules T que possèdent réellement ces cellules», explique Tu. «Lorsque ce projet a démarré, nous avons réfléchi à la manière dont nous pourrions essayer de récupérer les informations de ces de manière à ne pas masquer la résolution unicellulaire de ces jeux de données et à ne pas exiger de modification importante de notre processus de séquençage. »
Dans une seule cellule T, l’ARN qui code les récepteurs des cellules T représente moins de 1% de l’ARN total de la cellule. L’équipe du MIT a donc trouvé un moyen d’amplifier ces molécules d’ARN spécifiques, puis de les extraire de l’échantillon afin qu’ils puissent être entièrement séquencés. Chaque molécule d’ARN est étiquetée avec un code à barres afin d’indiquer de quelle cellule elle provient. Les chercheurs peuvent ainsi faire correspondre les cibles des cellules T avec leurs schémas d’expression de l’ARN. Cela leur permet de déterminer quels gènes sont actifs dans des populations de lymphocytes T qui ciblent des antigènes spécifiques.
«Pour replacer la fonction des cellules T dans son contexte, vous devez comprendre ce qu’elles essaient de reconnaître», explique Shalek. «Cette méthode vous permet de prendre des ensembles de séquençage d’ARN monocellulaires existantes et d’extraire les séquences pertinentes que vous souhaitez caractériser. À la base, cette approche consiste en une stratégie simple d’extraction de certaines informations cachées dans des données de profilage d’expression à l’échelle du génome.”
Un autre avantage de cette technique réside dans le fait qu’elle ne nécessite pas de produits chimiques coûteux, repose sur du matériel que possèdent déjà de nombreux laboratoires et peut être appliquée à de nombreux échantillons précédemment traités, indiquent les chercheurs.

Analyser les allergies

Dans cette étude les chercheurs ont démontré qu’ils pouvaient utiliser cette technique pour sélectionner les cellules T des souris actives contre le virus du papillome humain, après que les souris eurent été vaccinées contre le virus. Ils ont constaté que même si toutes ces cellules T réagissaient au virus, elles avaient différents TCR et semblaient être à différents stades de développement – certaines étaient très activées pour tuer les cellules infectées, d’autres étaient axées sur la croissance et la division.
Les chercheurs ont ensuite analysé les cellules T prélevées chez quatre patients allergiques aux arachides. Après avoir exposé leurs cellules à des allergènes d’arachides, ils ont pu identifier les lymphocytes T actifs contre ces allergènes. Ils ont également montré quels sous-ensembles de cellules T étaient les plus actifs et ont découvert que certains produisaient des cytokines inflammatoires, ce qui est généralement associées à des réactions allergiques.
«Nous pouvons maintenant commencer à stratifier les données pour révéler quelles sont les cellules les plus importantes, que nous n’avions pas pu identifier auparavant avec le séquençage de l’ARN seul», explique Tu.
Le laboratoire de Love travaille actuellement avec des chercheurs du Massachusetts General Hospital pour utiliser cette technique afin de suivre la réponse immunitaire d’allergies aux arachides par immunothérapie orale, une technique qui consiste à consommer de petites quantités de l’allergène, ce qui permet au système immunitaire de développer sa tolérance.
Dans les essais cliniques, cette technique s’est avérée efficace chez certains patients, mais pas tous. L’équipe du MIT / MGH espère que leur étude aidera à identifier les facteurs pouvant être utilisés pour prédire quels patients répondront le mieux au traitement. «On aimerait certainement avoir une meilleure idée de la réussite ou non d’une intervention, le plus tôt possible», déclare Love.

Une technique qui peut s’appliquer au VIH et la tuberculose

Cette stratégie pourrait également être utilisée pour aider à développer et à surveiller des traitements d’immunothérapie pour le cancer, tels que la thérapie cellulaire CAR-T, qui consiste à programmer les propres cellules T du patient pour cibler une tumeur. Le laboratoire de Shalek applique également cette technique avec des collaborateurs de l’Institut Ragon de l’HGM, du MIT et de Harvard afin d’identifier les cellules T impliquées dans la lutte contre des infections telles que le VIH et la tuberculose.
Source : MIT
Crédit photo : Pixabay