Signatures moléculaires de l'atrésie de l'oesophage : vers l'identification des causes moléculaires des différentes formes d'atrésie de l'oesophage et un diagnostic prénatal – OESOMICS

Pour identifier les causes biologiques de l’atrésie de l’œsophage, il est nécessaire de combiner plusieurs approches complémentaires issues des technologies modernes de la biologie. L’idée générale est de comparer des échantillons biologiques provenant de patients atteints et de sujets témoins, afin de repérer les différences au niveau des gènes, des protéines et des autres molécules impliquées dans le fonctionnement des cellules.

Une première approche consiste à analyser l’expression des gènes (transcriptomique). Elle permet de mesurer quels gènes sont activés ou moins actifs dans les tissus des patients par rapport aux témoins. Cette analyse est réalisée à partir d’ARN extrait de biopsies œsophagiennes ou d’autres échantillons biologiques. Elle donne une première vision des dysfonctionnements cellulaires associés à la maladie.

Une deuxième approche repose sur l’étude des protéines (protéomique), qui sont les molécules directement responsables des fonctions biologiques dans les cellules. Grâce à des techniques de spectrométrie de masse, il est possible d’identifier et de quantifier des milliers de protéines en parallèle. Cela permet de détecter des déséquilibres ou des modifications dans les réseaux de protéines impliqués dans le développement de l’œsophage.

Une troisième approche concerne les micro-ARN qui jouent un rôle important dans le contrôle de l’expression des gènes. Leur analyse permet de mieux comprendre les mécanismes de régulation fine qui peuvent être perturbés dans la maladie.

Ces analyses permettent d’explorer l’impact potentiel de facteurs environnementaux ou développementaux dans l’apparition de la maladie.

L’ensemble de ces données est ensuite intégré dans des analyses dites “multi-omiques”. Cette étape est essentielle car elle permet de croiser les informations issues des différentes couches biologiques (gènes, protéines, régulation) afin d’obtenir une vision globale et cohérente des mécanismes impliqués. Des outils statistiques et bioinformatiques sont utilisés pour identifier des signatures communes, des réseaux de molécules perturbés et des voies biologiques impliquées dans la maladie.

Enfin, ces analyses sont complétées par des approches comparatives entre différents groupes de patients (avec ou sans formes associées, avec ou sans fistule, etc.), afin de mieux comprendre la diversité des présentations cliniques. L’objectif est de relier les signatures biologiques observées aux caractéristiques médicales des patients.

Cette stratégie combinée permet ainsi de passer d’une observation clinique de la maladie à une compréhension plus fine de ses mécanismes biologiques, étape indispensable pour identifier les causes de l’atrésie de l’œsophage et améliorer son diagnostic, notamment avant la naissance.

Les résultats obtenus dans le cadre de ces analyses multi-omiques apportent de nouveaux éléments de compréhension de l’atrésie de l’œsophage, tout en confirmant la complexité de ses mécanismes biologiques.

Dans les tissus œsophagiens, les analyses protéomiques montrent des différences d’expression principalement entre les sujets témoins et les patients présentant des formes associées à d’autres malformations, suggérant que certaines altérations moléculaires sont liées à la sévérité ou à la complexité du tableau clinique. En revanche, les analyses transcriptomiques révèlent des différences d’expression plus larges entre l’ensemble des groupes de patients et les témoins. Ces résultats sont également retrouvés au niveau des micro-ARN, indiquant que plusieurs niveaux de régulation biologique sont impliqués dans la maladie.

L’intégration de ces différentes données dans une approche multi-omique permet de mieux comprendre la structure globale des perturbations biologiques. Les analyses montrent que les variations observées ne sont pas portées uniquement par un seul niveau (comme les gènes), mais résultent d’un ensemble de modifications coordonnées entre l’expression des gènes, des protéines et des mécanismes de régulation. Les analyses en composantes principales mettent en évidence une séparation satisfaisante entre les groupes de patients et les témoins, même si la contribution des différents types de données est variable. En particulier, les données protéomiques semblent jouer un rôle important dans la structuration des différences observées.

Dans le liquide amniotique, les analyses révèlent également des différences biologiques entre les fœtus présentant une atrésie de l’œsophage et les groupes témoins, notamment au niveau des protéines et des micro-ARN. Ces résultats suggèrent qu’il est possible d’identifier des signatures biologiques détectables avant la naissance. Les analyses multi-omiques combinant protéines, ARN et métabolites permettent d’aller plus loin en identifiant des ensembles de molécules associées à des profils spécifiques. Certaines composantes statistiques permettent notamment de distinguer les groupes de manière robuste, et d’identifier des variables (micro-ARN, protéines ou métabolites) contribuant fortement à cette séparation. Ces signatures constituent des pistes prometteuses pour mieux comprendre les mécanismes de la maladie et, à terme, pour développer des outils de diagnostic.

Enfin, l’ensemble de ces résultats souligne que l’atrésie de l’œsophage ne peut pas être expliquée par une seule cause génétique simple dans la majorité des cas. Elle résulte probablement d’interactions complexes entre différents niveaux biologiques, incluant des mécanismes génétiques, épigénétiques et environnementaux.

Les résultats de ce projet ouvrent plusieurs perspectives importantes pour mieux comprendre et mieux prendre en charge l’atrésie de l’œsophage, une malformation rare qui touche les nouveau-nés.

Tout d’abord, les analyses devront être poursuivies afin de confirmer et préciser les résultats obtenus. En étudiant plus en détail les différences entre les groupes de patients, il sera possible d’identifier des profils biologiques plus fiables et de mieux comprendre les mécanismes impliqués dans la maladie. Des méthodes statistiques plus avancées pourront également être utilisées pour déterminer si certaines signatures biologiques permettent de prédire plus facilement à quel type de groupe appartient un patient.

Ensuite, un travail d’interprétation sera nécessaire pour relier les résultats aux connaissances déjà disponibles dans la littérature scientifique. L’objectif est de replacer ces observations dans le contexte plus large du développement de l’œsophage et des maladies congénitales, afin de mieux comprendre comment ces anomalies apparaissent. Cette étape permettra aussi de proposer de nouvelles hypothèses sur les causes possibles de la maladie et sur les mécanismes biologiques impliqués.

Par ailleurs, ces travaux devront être partagés avec la communauté scientifique afin de faire progresser les connaissances dans ce domaine. Cela passera par la publication d’articles dans des revues internationales et par des présentations lors de congrès spécialisés. Ces échanges sont essentiels pour comparer les résultats avec ceux d’autres équipes et renforcer leur validité.

Enfin, une attention particulière sera portée à la diffusion des résultats auprès du grand public et des familles concernées. Des documents de vulgarisation seront réalisés afin d’expliquer les avancées de manière simple et accessible. Cette démarche permet de mieux informer les participants, de valoriser leur contribution et de renforcer le lien entre la recherche et la société.

À plus long terme, ces recherches pourraient contribuer à améliorer le diagnostic avant la naissance. En identifiant des “signatures biologiques” détectables dans certains liquides du corps, il pourrait devenir possible de repérer plus tôt les cas d’atrésie de l’œsophage pendant la grossesse. Cela permettrait d’anticiper la prise en charge dès la naissance et d’offrir un meilleur accompagnement aux familles.

L'atrésie œsophagienne (EA) est un défaut de développement rare de l'intestin antérieur qui se présente avec ou sans fistule trachéo-œsophagienne (TEF). La prévalence des EA / TEF dans le temps et dans le monde est relativement stable (> 165 nouveaux EA / an en moyenne en France). L'EA / TEF se manifeste par un large spectre d'anomalies: chez certains patients, il se manifeste par une atrésie isolée, mais dans plus de 60% des cas, il affecte plusieurs autres organes. Si les malformations associées sont souvent celles du spectre VACTERL (Vertébral, Anorectal, Cardiaque, Trachéo-Oesophagien, Rénal et des Membres), de nombreux patients sont affectés par d'autres malformations, telles que des anomalies des systèmes génito-urinaire, respiratoire et gastro-intestinal. Bien que l'EA / TEF soit une condition génétiquement hétérogène, les gènes et les locus récurrents sont parfois affectés. Les anomalies trachéo-œsophagiennes (TE) sont en fait une caractéristique variable dans plusieurs troubles monogéniques connus et chez les patients présentant des variations récurrentes spécifiques du nombre de copies et des aberrations chromosomiques structurelles. À l'heure actuelle, une aberration génétique causale peut être identifiée chez moins de 10% des patients. Dans la plupart des cas, EA / TEF est une découverte sporadique; le taux de récidive familiale est faible (1%). Ceci suggère que les facteurs épigénétiques et environnementaux contribuent également à la maladie, et on pense généralement que l'EA / TEF non syndromique est d’origine multifactorielle. Plusieurs publications cas/témoins décrivent un large éventail de risques associés, notamment l'âge, le diabète, la consommation de drogues, les herbicides, le tabagisme et l'exposition à l'alcool du fœtus. L'hétérogénéité phénotypique et génétique observée chez les patients EA / TEF indique non pas une cause sous-jacente, mais plusieurs. Dans ce projet, nous combinerons le registre français d'EE et les études multiomiques afin d'élucider de nouvelles causes ou mécanismes dans l'étiologie au sein de sous-populations spécifiques. Une meilleure connaissance des facteurs prédictifs et des mécanismes moléculaires peut améliorer la prédiction et le conseil parental et prévenir la comorbidité. Dans ce contexte, des analyse multi-omiques de pointe seront réalisées à partir de biopsies œsophagiennes. Une approche en biologie systémique / intégrative sera alors entreprise pour établir des réseaux prédictifs. La validation des voies EA sera étudiée en utilisant des liaisons croisées couplées à la spectrométrie de masse (XL-MS) et avec le BioID afin d'évaluer les interractions protéine-protéines impliquées dans les réseaux pour mieux comprendre les mécanismes physiopathologiques intervenant dans l'étiologie de l'EA. L'intégration de toutes les données à l'aide de techniques bioinformatiques et biostatistiques robustes donnera des hypothèses sur l'étiologie de l'EA. Sur la base de ces connaissances fondamentales acquises sur la pathologie EA, une étape de recherche translationnelle sera lancée. Des analyses multi-omiques seront ensuite réalisées sur des vésicules extracellulaires (VE) issues de liquide amniotique. Les VE ont suscité un intérêt en tant que source potentielle de découverte de biomarqueurs en raison de la ressemblance de leur contenu moléculaire avec celui des cellules libérées. Les VE dans le liquide amniotique seront le miroir de la pathologie EA survenant au cours du développement du fœtus. Ainsi, les analyses multi-omiques de ces VE seront les premières étapes pour améliorer le diagnostic prénatal EA / TEF.