Analyse sélective en cellule unique des transcriptomes de celleules cibles – Sel-scRNA-seq

L'étude des populations cellulaires à l’échelle de la cellule unique est essentielle pour mieux comprendre les fonctionnements sains ou pathologiques chez l'homme, ou tout autre organisme multicellulaire. La possibilité d'analyser les transcriptomes par séquençage de l'ARN en cellule unique (scRNA-seq) a révolutionné la biologie cellulaire. En immuno-oncologie par exemple, il est essentiel d'établir, à l’échelle de la cellule unique, dans le microenvironnement complexe de la tumeur, le profil des cellules immunitaires infiltrées et en particulier des lymphocytes infiltrant la tumeur (TILS). La dernière décennie a vu une évolution rapide dans le domaine du scRNA-seq (et d'autres systèmes d’analyse "omiques" en cellule unique) et l'apparition de systèmes commerciaux performants, notamment basés sur la microfluidique en goutte, tel le système 10X Genomics. Cependant, il n'existe actuellement aucune technologie intégrée qui permet d'effectuer un séquençage d’ARN sélectif, en cellule unique, de sous-populations (parfois rares) de cellules comme les TILS. En effet, les cellules rares doivent actuellement être pré-enrichies par tri de cellules activé par fluorescence (FACS) ou par l'utilisation de billes magnétiques. Ces méthodes sont cependant mal adaptées aux échantillons précieux comme les biopsies tumorales contenant un faible nombre de cellules .
Le projet Sel-scRNA-seq vise à développer une technologie de microfluidique en gouttes pour une analyse transcriptomique sélective de cellules uniques présentant un phénotype spécifique, à partir d'un mélange hétérogène. Les cellules seront encapsulées dans des gouttes de l’ordre du picolitre. Chaque goutte contiendra au plus une cellule ainsi qu’une seule bille d'hydrogel décorée d’amorces barcodées (le codebarre de chaque bille étant unique) pour la synthèse d'ADNc. Le séquençage exclusif des (rares) cellules au phénotype d’intérêt sera réalisé en ciblant une ou plusieurs protéines de surface, via des anticorps spécifiques couplés à des ADN qui déclencheront un circuit moléculaire appelé « DNA Toolbox ». Dans les gouttelettes contenant les cellules au phénotype souhaité, le circuit moléculaire déclenchera la libération des amorces à ADNc barcodées portées par les billes d'hydrogel, garantissant qu'après transcription inverse, les seuls ADNc à code-barres récupérés soient ceux des cellules ciblées. Le séquençage des ADNc fournira ainsi une signature transcriptomique de ces seules cellules cibles. La technologie scRNA-seq sera validée et appliquée à l’analyse des lymphocytes T dans des échantillons sanguins prélevés sur des donneurs sains. Elle sera ensuite appliquée à l'analyse de cellules rares dans des échantillons cliniques. Plus précisément, nous effectuerons, sans enrichissement préalable, un séquençage sélectif des lymphocytes T d’infiltration tumorale portant des antigènes spécifiques à partir de biopsies tumorales, tout en récupérant des séquences de chaînes ? et ? de TCR appariées et les données transcriptomiques associées. L’obtention d’informations sur les TCR appariés à partir de biopsies de tumeurs primaires est actuellement très difficile, le faible nombre de cellules dans les biopsies liquides rendant le tri des cellules T quasi impossible. Définir la nature et la récurrence des TCR dans les tumeurs représente un défi majeur dans le domaine de l'immuno-oncologie.
Une fois validé, ce système constituera une percée majeure dans le séquençage de cellules uniques. Il pourra être adapté pour séquencer sélectivement de nombreux types cellulaires différents et sera déclenché en utilisant des combinaisons de plus en plus complexes de marqueurs de surface cellulaire et de marqueurs sécrétés. Outre la transcriptomique, il devrait également être possible, à l'avenir, de réaliser des analyses génomiques, épigénomiques, protéomiques et multi-omiques sélectives de cellules uniques.