Un génome

Nature Genetics volume 55, pages 54-65 (2023)Citer cet article

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L'identification des gènes et des processus médiateurs des signaux d'association génétique pour des maladies complexes représente un défi majeur. Étant donné que de nombreux signaux génétiques du diabète de type 2 (DT2) exercent leurs effets par le biais d'un dysfonctionnement des cellules des îlots pancréatiques, nous avons effectué un criblage de perte de fonction CRISPR regroupé à l'échelle du génome dans une lignée de cellules bêta pancréatiques humaines. Nous avons évalué la régulation de la teneur en insuline en tant qu'indicateur de la fonction des cellules bêta pertinent pour la maladie et identifié 580 gènes influençant ce phénotype. L'intégration avec des données génétiques et génomiques a fourni un support expérimental pour 20 transcrits effecteurs candidats du DT2, y compris le récepteur de l'autophagie CALCOCO2. La perte de CALCOCO2 était associée à des mitochondries déformées, à moins de granules immatures contenant de la proinsuline et à une accumulation d'autophagosomes lors de l'inhibition de l'autophagie à un stade avancé. Les porteurs de variantes associées au DT2 au locus CALCOCO2 présentaient en outre une sécrétion d'insuline altérée. Notre étude met en évidence comment les écrans cellulaires peuvent augmenter les efforts multi-omiques existants pour soutenir la compréhension mécaniste et fournir des preuves des effets causals au niveau des locus d'études d'association à l'échelle du génome.

Les études d'association pangénomiques (GWAS) ont fourni des milliers d'associations robustes pour le diabète de type 2 (DT2) et les traits associés, mais la plupart correspondent à des régions non codantes ayant une fonction de régulation probable1. Une cartographie fine incomplète signifie que la plupart des loci GWAS ne sont pas cartographiés sur une seule variante causale mais plutôt sur plusieurs variantes dans un ensemble crédible, dont chacune pourrait potentiellement influencer l'expression des gènes dans un contexte cellulaire différent. L'étape typique après la cartographie fine consiste à relier les variantes présumées causales et les éléments régulateurs aux gènes qu'ils régulent, en utilisant des méthodes telles que la colocalisation des loci de traits quantitatifs d'expression cis (eQTL), la co-accessibilité de la chromatine unicellulaire et les tests de proximité de l'ADN2,3. ,4,5. Les limites de ces approches sont leur dépendance au type de cellule et au contexte (les tests effectués dans des types ou états cellulaires inappropriés peuvent révéler des connexions variant-gène non liées à la pathogenèse de la maladie) et la pléiotropie moléculaire (les variants d'intérêt peuvent réguler la transcription de plusieurs gènes dans cis, obscurcissant l’identité de la transcription causale). Ces approches peuvent générer des hypothèses sur les effecteurs candidats, mais ne parviennent généralement pas à fournir des preuves définitives.

Les études de perturbation peuvent fournir des preuves plus convaincantes de la causalité, mais uniquement si elles utilisent des modèles authentiques et des phénotypes pertinents pour la maladie6. Les preuves les plus solides proviennent des variantes codantes associées à la maladie qui fournissent une lecture des conséquences des perturbations de la fonction des gènes et des protéines chez l'homme, mais la faible fréquence de la plupart de ces variantes limite cette approche2. Les modèles cellulaires humains et les technologies basées sur CRISPR offrent une alternative intéressante pour générer des profils à l'échelle du génome des conséquences phénotypiques de la perturbation des gènes et comprendre la biologie des maladies6. Au cœur de cette aspiration se trouve la confiance dans la pertinence d’un type de cellule pour la maladie. Pour le DT2, les preuves physiologiques et épigénomiques mettent en évidence le rôle central des îlots pancréatiques, et par conséquent des cellules bêta productrices d'insuline, dans la médiation du risque de maladie3,4,5,6,7. Des différences substantielles entre les îlots ou les cellules bêta des rongeurs et des humains plaident en faveur de l’utilisation de tissus et de lignées cellulaires humaines8,9,10,11,12,13. Nous et d’autres avons généré d’importantes ressources transcriptomiques et épigénomiques dans ce tissu humain clé, permettant l’intégration de données génétiques et génomiques à l’échelle du génome afin d’identifier les transcrits effecteurs candidats aux loci GWAS T2D4,7,14,15. Nous complétons maintenant ces ressources avec un criblage de perte de fonction (LoF) CRISPR à l'échelle du génome dans la lignée cellulaire bêta pancréatique humaine bien caractérisée EndoC-βH1 afin d'identifier les gènes qui régulent la teneur en insuline16,17,18. La lignée cellulaire EndoC-βH1 immortalisée présente une signature multi-omique similaire aux cellules bêta humaines primaires, bien qu'avec des caractéristiques distinctes mettant en évidence l'origine fœtale et transformée de la lignée cellulaire. Bien que la teneur en insuline soit inférieure à celle des îlots primaires, les cellules EndoC-βH1 présentent des propriétés électrophysiologiques et sécrétoires similaires, ce qui en fait un modèle physiologiquement pertinent pour étudier la fonction des cellules bêta in vitro17,20,21,22.