Ces variantes sont principalement situées dans des régions génomiques qui ne codent pas pour les protéines, ce qui rend difficile la compréhension des variantes qui confèrent un risque de MA aux individus. Les scientifiques pensaient autrefois que les variantes non codantes étaient de l’« ADN indésirable ». Ces dernières années, ces variantes ont été appréciées pour jouer un rôle crucial dans le contrôle de l’expression des gènes dans les tissus et les types de cellules. Cependant, relier ces variantes non codantes aux gènes qu’elles régulent et à leurs effets sur les fonctions liées à la MA est une tâche ardue.

Aujourd’hui, des chercheurs de l’Université de Caroline du Nord à Chapel Hill et de l’Université de Californie à San Francisco ont identifié les liens entre les variantes de risque et les fonctions des microglies, puis la manière dont elles peuvent contribuer à la MA.

« Les microglies sont des cellules immunitaires du cerveau et sont d’une importance cruciale pour la MA », a déclaré Yun Li, professeur de génétique et de biostatistique à l’École de médecine de l’UNC et à l’École de santé publique mondiale de l’UNC Gillings. « Notre étude se concentre directement sur les régions génomiques critiques qui sont importantes pour réguler les cellules microgliales. Ces variantes et régions que nous avons découvertes serviront de point de départ idéal pour mener d’autres expériences sur la microglie. »

Li et Yin Shen, PhD, professeur agrégé à l’Institut de génétique humaine et au Département de neurologie de l’UC-San Francisco, et leurs équipes ont effectué une analyse détaillée dans la microglie des régions fonctionnelles potentielles hébergeant des variantes génétiques associées à la MA. Ils ont découvert 181 nouvelles régions d’intérêt contenant 308 variantes prioritaires, qui n’étaient auparavant pas considérées comme jouant un rôle dans la maladie d’Alzheimer. Leurs résultats ont été publiés dans Génétique naturelle.

Cartographie fine et CRISPRi

Li et ses collègues sont partis de 37 loci génétiques associés à la MA pour prioriser les variantes à risque et leurs régions fonctionnelles potentielles résidantes – appelées régions cis-régulatrices candidates (cCRE) – dans la microglie, ils ont effectué un processus appelé cartographie fine. Un locus à la fois, ils ont étudié les variantes associées en accordant une attention particulière aux signatures épigénétiques et aux annotations d’interaction 3D du génome indiquant leur probabilité de fonctionner dans les microglies.

Après avoir donné la priorité aux variantes les plus susceptibles d’exercer leur effet sur la maladie d’Alzheimer via la fonction de régulation des gènes dans la microglie, ils ont effectué des expériences de criblage par interférence CRISPR (CRISPRi) pour déterminer les régions exactes qui affectent l’expression des gènes de la microglie à l’aide de microglies différenciées par cellules souches pluripotentes humaines.

Grâce à cette technologie d’édition épigénomique, les chercheurs peuvent « perturber » les régions candidates pour voir si des régions génomiques testées peuvent avoir un impact sur l’expression des gènes en aval. Ils ont découvert que la désactivation d’une région peut souvent avoir un impact sur « tout un quartier » de gènes, un peu comme une panne de courant sur un réseau électrique.

« Nous avons posé la mauvaise question », a déclaré Li. « Nous devrions nous demander quel est le gène ciblant ou gènes de ces variantes affectent la microglie. Parfois, une variante peut affecter l’expression de plusieurs gènes dans le voisinage. »

Identifier un parmi les autres

De plus, chaque région pourrait contenir plusieurs variantes génétiques associées à la MA. Les chercheurs ont ensuite dû identifier les variantes causales parmi les nombreuses identifiées grâce à l’analyse génétique. Une telle précision est cruciale pour comprendre les mécanismes par lesquels les variantes non codantes contribuent au développement de la MA.

L’équipe a utilisé une technique d’édition génomique de pointe – l’édition principale, qui leur permet d’introduire une seule substitution de base d’ADN à la fois et d’évaluer la fonction de chaque variante au niveau du génome. TSPAN14 Lieu de risque de MA. Grâce à cette méthode, ils ont pu identifier une variante spécifique, en la différenciant d’une autre qui est presque parfaitement corrélée et dans la même région cCRE, pour être responsable de TSPAN14 expression.

Lier les variantes non codantes à des fonctions au-delà de l’expression des gènes

Plus important encore, la variante responsable a en outre affecté négativement une cascade de processus cellulaires en aval, notamment la maturation de la protéine ADAM10 et le déchiquetage soluble de TREM2 dans la microglie. Étant donné que les trois gènes susmentionnés sont connus pour être des gènes à risque pour la MA, l’étude relie avec succès une variante non codante de la MA à des fonctions dans la microglie échappant au contrôle de l’expression des gènes.

Les résultats de leurs recherches, a déclaré Li, serviront de nouvelle base à partir de laquelle d’autres chercheurs pourront découvrir davantage de variantes causales de la MA, prédire les risques de maladie et développer des thérapies plus efficaces. Ce travail a également été rendu possible en collaboration avec le groupe de Li Gan de l’Institut de recherche sur la maladie d’Alzheimer Helen et Robert Appel du Weill Cornell Medical College.

Les laboratoires Li, Shen et Gan continueront d’élargir l’analyse des variantes du risque de MA en utilisant des systèmes modèles plus complexes qui imitent le cerveau humain, tels que les organoïdes cérébraux humains.