Des maladies comme le cancer et les troubles neurodégénératifs commencent souvent par des erreurs génétiques, mais transformer cette connaissance en traitements efficaces a historiquement été comme essayer de réparer une voiture quand on a identifié 300 pièces défectueuses différentes, toutes faisant des choses différentes. Une nouvelle étude publiée dans *Nature* présente une solution potentielle : une plateforme appelée PerturbFate, qui peut suivre systématiquement comment les changements génétiques liés à la maladie altèrent les cellules et identifier où ces changements convergent finalement.

« Nous nous concentrons ici sur la résistance aux médicaments contre le cancer, mais l'article part vraiment d'une question plus large : une fois que vous savez qu'une maladie est associée à des centaines de gènes, comment concevoir une seule thérapie pour la cibler ? » déclare Junyue Cao, chef du Laboratoire de génomique unicellulaire et de dynamique des populations. « Nous nous sommes demandé si tous ces différents gènes pouvaient être médiés par une signalisation en aval partagée que nous pourrions découvrir et cibler à la place. »

Les progrès du séquençage génétique ont permis aux scientifiques d'identifier un grand nombre de mutations liées à des maladies, mais ce progrès a créé un nouveau défi majeur : les gènes impliqués remplissent souvent des fonctions très différentes dans les cellules, notamment le contrôle de l'activité des gènes et la gestion des voies de signalisation cellulaire. En raison de cette complexité, concevoir des traitements qui ciblent plusieurs mutations à la fois a été difficile. Cao a soupçonné que ces mutations apparemment non liées pourraient en fait ne pas agir indépendamment – elles pourraient converger vers des programmes en aval partagés qui déterminent finalement le comportement des cellules. Si cela était vrai, les scientifiques n'auraient pas besoin de cibler chaque mutation séparément ; ils pourraient se concentrer sur des nœuds régulateurs communs qui contrôlent le processus pathologique.

Pour tester cela, l'équipe avait besoin d'un système capable de comparer de nombreuses perturbations génétiques en même temps tout en surveillant comment chacune remodelait une cellule en détail. Les technologies existantes ne pouvaient capturer qu'une partie de l'image, mesurant souvent une couche d'activité cellulaire à la fois ou manquant comment l'activité des gènes change dynamiquement au fil du temps. L'étudiant diplômé Zihan Xu a développé PerturbFate pour surmonter ces limitations, permettant aux chercheurs d'observer comment différentes perturbations génétiques altèrent les cellules en temps réel en suivant simultanément l'accessibilité de l'ADN et la production d'ARN. Comme ces mesures sont collectées dans la même cellule unique, le système peut révéler les réseaux de gènes contrôlant le comportement cellulaire et identifier où des mutations distinctes produisent les mêmes effets en aval.

Pour tester la plateforme, les chercheurs se sont tournés vers le mélanome, où de nombreuses mutations différentes peuvent produire une résistance au traitement. L'équipe a sélectionné 143 gènes précédemment associés à la résistance au médicament contre le mélanome Vemurafenib et les a systématiquement désactivés dans des cellules de mélanome. PerturbFate a ensuite surveillé comment chaque perturbation modifiait le comportement cellulaire au fil du temps. En marquant l'ARN nouvellement produit, les chercheurs ont pu séparer l'activité génique fraîche des signaux moléculaires plus anciens. Le profilage unicellulaire a également permis de suivre quels gènes étaient actifs, quelles régions de l'ADN devenaient accessibles et comment ces changements évoluaient.

Après avoir examiné plus de 300 000 cellules, les chercheurs ont constaté que de nombreuses mutations différentes poussaient systématiquement les cellules de mélanome vers le même état de résistance aux médicaments. Lorsque l'équipe a ciblé les points de contrôle régulateurs partagés qui conduisent cet état, la résistance aux médicaments a considérablement diminué, suggérant une stratégie prometteuse pour les thérapies combinées. L'étude a également révélé un détail important impliquant le complexe médiateur, une structure cellulaire qui aide à réguler l'activité des gènes. Les chercheurs ont découvert que perturber différentes parties de ce même complexe pouvait déclencher une résistance aux médicaments par des voies biologiques entièrement différentes, mais ces voies convergeaient toujours vers le même signal de survie du mélanome connu sous le nom de VEGFC. Lorsque les chercheurs ont bloqué VEGFC, les cellules de mélanome résistantes n'étaient plus capables de se développer.

« Nous capturons non seulement l'expression des gènes, mais aussi la dynamique de l'ARN et l'état de la chromatine », explique Cao. « T