Le génome humain contient environ 20 000 gènes codant pour les protéines qui spécifient la structure et la fonction de tous les tissus et organes du corps. Les protéines dites essentielles sont indispensables à la structure des cellules et tendent à être mutées plus fréquemment dans les maladies. La compréhension des fonctions de ces protéines essentielles est capitale pour comprendre le cancer et d’autres maladies, ainsi que pour comprendre les réseaux complexes d’interactions entre les gènes et les protéines qui permettent aux cellules de réaliser la myriade de processus nécessaires à la vie.

Bien que nous sachions depuis de nombreuses années quelles protéines sont essentielles pour la prolifération et la survie des cellules dans des organismes modèles plus simples tels que la levure, les vers nématodes et les mouches, cette information manque pour les cellules humaines. La récente technologie CRISPR/Cas9 permet depuis peu l’interrogation systématique de la fonction des gènes dans les lignées cellulaires humaines. Pour identifier les gènes essentiels à la croissance cellulaire, à la prolifération et à la survie des cellules humaines, l’équipe du professeur Mike Tyers, chercheur principal à l’IRIC et professeur au Département de médecine de l’Université de Montréal, a réalisé un crible à l’échelle du génome, sur une lignée cellulaire de lymphome B, à l’aide d’une vaste librairie CRISPR/Cas9 (la librairie EKO, pour extended knockout). Cette librairie est la plus vaste générée à ce jour et cible plus de 19 000 gènes annotés ainsi que près de 4 000 gènes hypothétiques supplémentaires. Tel que décrit dans une publication récente dans le journal Molecular and Cellular Biology, l’équipe Tyers a ainsi identifié 2 280 gènes essentiels, dont 234 étaient uniques à la lignée cellulaire de lymphome B.

En comparant leurs résultats avec d’autres cribles publiés, les chercheurs de l’IRIC ont trouvé que l’essentialité d’un(e) gène/protéine dépend fortement du type cellulaire. Moins de 500 gènes étaient essentiels dans tous les types cellulaires étudiés, ce qui suggère que l’ensemble d’éléments essentiels universels est beaucoup plus petit que prévu. En effet, dans un grand nombre de lignées cellulaires différentes, les gènes essentiels causent des défauts sévères de fitness lorsque mutés. Ces gènes, conservés de manière évolutive, codent pour des protéines qui composent le noyau structural des complexes protéiques. Tandis que les gènes identifiés comme étant essentiels dans un plus petit nombre de lignées cellulaires codent pour des modules et des sous-unités qui se trouvent à la périphérie des complexes protéiques. Ceci suggère que les protéines essentielles ont évolué pour former les fonctions centrales de la cellule et que des protéines non essentielles ont ensuite été ajoutées à ces différents complexes protéiques. Les résultats démontrent également que les régions de protéines épissées alternativement ont tendance à être non essentielles et enrichies en régions désordonnées, ce qui est cohérent avec l’acquisition de fonctions de régulation non essentielles par épissage. Finalement, l’étude a identifié au moins 44 nouvelles séquences codantes hypothétiques qui semblent avoir des fonctions importantes dans les cellules. Ceci suggère que de nouveaux gènes peuvent rapidement devenir essentiels dans des contextes particuliers.

Dans l’ensemble, ces résultats démontrent l’évolution des fonctions essentielles des gènes/protéines et la nature contextuelle de leurs fonctions dans les cellules humaines. Le groupe de Mike Tyers utilise maintenant la librairie EKO pour cartographier les processus qui contrôlent la prolifération cellulaire dans le but de comprendre le mécanisme d’action précis des médicaments dans les cellules cancéreuses et d’autres maladies.

Pour consulter l’article complet, visitez-le http://mcb.asm.org/content/early/2017/10/10/MCB.00302-17.abstract

Légende de l’illustration : Les cribles de viabilité CRISPR/Cas9 à l’échelle du génome suggèrent que l’essentialité du gène varie largement entre les lignées cellulaires d’origines tissulaires différentes. Le schéma du corps humain illustre que les protéines codées par des gènes universellement essentiels tendent à être fortement connectées au noyau structural des complexes protéiques connus (rouge), alors que les gènes spécifiques au contexte et les gènes essentiels identifiés dans une minorité de lignées cellulaires (isolés) tendent à se situer à la périphérie des complexes protéiques (bleu, jaune). En haut à droite, les gènes essentiels de 10 lignées cellulaires se regroupent en gènes universellement essentiels (barre supérieure) et contextuels ou en gènes essentiels isolés (barre inférieure). En bas à droite, connectivité globale des protéines codées par chaque classe de gènes essentiels.

Étude citée

A high resolution genome-wide CRISPR/Cas9 viability screen reveals structural features and contextual diversity of the human cell-essential proteome

Bertomeu T, Coulombe-Huntington J, Chatr-aryamontri A, Bourdages KG, Coyaud E, Raught B, Xia B, Tyers M.

(2018) Mol Cell Biol38 pii: e00302-17

doi: 10.1128/MCB.00302-17