Les scientifiques découvrent une région de l’intestin de la souris étroitement régulée par le système immunitaire

L’intestin maintient un équilibre délicat dans le corps, absorbant les nutriments et l’eau tout en maintenant une relation saine avec le microbiome intestinal, mais cet équilibre est perturbé dans certaines parties de l’intestin dans des conditions telles que la maladie coeliaque, la colite ulcéreuse et la maladie de Crohn. Les scientifiques ne comprennent pas pleinement comment différentes régions de l’organe résistent ou s’adaptent aux changements de l’environnement et comment cela est perturbé en cas de maladie.

Aujourd’hui, des chercheurs du Broad Institute du MIT et du Harvard and Massachusetts General Hospital ont analysé l’intégralité de l’intestin de la souris, cartographiant l’expression des gènes, les états et l’emplacement des cellules dans l’intestin sain et en réponse à des perturbations telles que l’inflammation. Ils ont identifié une régulation stricte des types et des états cellulaires dans différentes régions de l’organe, ainsi qu’un segment unique du côlon contrôlé par des signaux immunitaires.

Les résultats, qui apparaissent dans Naturerévèlent l’adaptabilité et la résilience surprenantes de l’intestin aux perturbations et soulignent l’importance de considérer la manière dont les processus cellulaires sont régulés et varient selon les différentes parties d’un tissu ou d’un organe.

“L’intestin et en particulier le côlon sont étudiés depuis des décennies, mais ils n’ont jamais été caractérisés de cette manière auparavant, ce qui nous oblige à réévaluer de nombreuses études différentes et ouvre une fenêtre pour de futures recherches”, a déclaré Toufic Mayassi, chercheur en médecine générale. co-premier auteur de l’étude avec Chenhao Li. Mayassi et Li sont des chercheurs postdoctoraux dans le laboratoire de Ramnik Xavier, membre principal de l’institut du Broad, membre du Center for Computational and Integrative Biology du Massachusetts General Hospital (MGH) et auteur principal de l’étude.

“Ce travail illustre qu’il faut vraiment intégrer les relations spatiales régissant un organe donné dans votre réflexion, et nous espérons que notre étude fournira une plate-forme et un cadre qui aideront à mettre en contexte les découvertes précédentes et futures”, a déclaré Mayassi.

Xavier est directeur du programme d’immunologie de Broad, ainsi que professeur de médecine Kurt J. Isselbacher à la Harvard Medical School, directeur du Center for Computational and Integrative Biology et membre du département de biologie moléculaire du MGH, et co-directeur de le Centre d’informatique et de thérapeutique du microbiome du MIT.

“Nous avons construit un plan de l’intestin entier, et c’est une réussite remarquable”, a déclaré Xavier. “Nous disposons désormais d’un moyen d’étudier l’organe entier, d’examiner l’effet des variantes génétiques et des réponses immunitaires associées au régime alimentaire, au microbiome et aux maladies gastro-intestinales, et de concevoir de nombreuses autres expériences.”

Cartographie de l’intestin

De nombreuses études antérieures sur l’intestin ont porté sur des cellules ou des assemblages de cellules ressemblant à des organes dans une assiette. Bien que de telles approches fournissent un environnement contrôlé pour étudier la fonction de variantes génétiques spécifiques impliquées dans la maladie, elles n’illustrent pas comment les cellules de différentes parties d’un organe intact interagissent pour provoquer la maladie.

En 2021, Mayassi, qui a passé son doctorat. étudiant les réponses immunitaires dans l’intestin, s’est associé à Li, un biologiste informatique, pour créer une carte complète de l’expression des gènes dans l’ensemble de l’intestin grêle et du côlon de la souris à l’aide de la transcriptomique spatiale et d’approches informatiques.

À la surprise des chercheurs, la composition spatiale de l’intestin – l’emplacement relatif des différents types de cellules et des gènes qu’ils expriment – ​​est restée relativement stable lorsque certains facteurs ont changé. Il est resté le même chez les animaux avec et sans microbiote intestinal et dans les tissus prélevés la nuit ou le jour, ce qui suggère que ni le microbiome ni les rythmes circadiens n’ont eu d’impact sur le paysage spatial.

L’intestin a également montré des signes de résilience. Lorsque Mayassi a traité les animaux avec une molécule connue pour induire une inflammation, l’expression des gènes et la distribution spatiale cellulaire ont changé, mais ont montré des signes de retour à la normale un mois plus tard et s’étaient presque entièrement rétablies au bout de trois mois. Les résultats suggèrent que la capacité de l’intestin à se remettre des changements provoqués par l’inflammation pourrait être essentielle à la santé et au fonctionnement intestinaux.

“En tant que biologiste informatique, c’est passionnant de participer à la génération et à l’exploration d’un ensemble de données aussi unique”, a déclaré Li. “Cela ouvre la porte au développement d’outils d’analyse des données spatiales et éclaire la conception de futures études sur l’intestin grêle et le gros intestin.”

Contrôle immunitaire

Bien que l’intestin soit stable face à de nombreuses influences, des niches uniques au sein de l’organe ont été affectées par le microbiote intestinal et ont montré des signes d’adaptation. Les souris ayant un microbiome normal ont exprimé des gènes uniques dans une région spécifique du côlon par rapport aux souris sans germes.

En utilisant le séquençage de l’ARN unicellulaire, les auteurs ont découvert que les changements se produisaient dans trois types de cellules structurelles. En particulier, les cellules caliciformes (cellules en forme de coupe qui sécrètent du mucus) n’expriment ces gènes qu’en présence d’ILC2, une sorte de cellule immunitaire.

Ensuite, les chercheurs prévoient d’appliquer leur méthode pour étudier comment d’autres facteurs, notamment le sexe, le régime alimentaire, les allergies alimentaires et les facteurs de risque génétiques de maladies telles que les maladies inflammatoires de l’intestin, ont un impact sur le paysage spatial de l’intestin. Ils espèrent également élucider dans quelle mesure les résultats obtenus chez la souris sont en corrélation avec le contrôle spatial dans l’intestin humain.