ARN longs non codants dans le développement vasculaire

Les Cellules endothéliales vasculaires (VECs) tapissent l'intérieur des vaisseaux sanguins et sont super importantes pour le flux sanguin, que ce soit chez les embryons en développement ou chez les adultes. Pendant la croissance des mammifères, ces cellules se forment à partir de cellules précurseurs, créant un réseau de base de vaisseaux sanguins. Elles grandissent aussi à partir de vaisseaux existants et se spécialisent en différents types de cellules, formant un réseau organisé d'artères et de veines. Les VECs ont des rôles qui vont au-delà de simplement transporter le sang. Par exemple, certaines cellules souches formant le sang proviennent d'un type spécifique de VECs appelées cellules endothéliales hémogéniques (HECS). Récemment, de nouvelles technologies ont permis d'étudier l'ensemble des gènes actifs dans ces VECs précoces, révélant beaucoup de choses sur leur développement et leur fonctionnement.

#Longs ARN non codants (LncARNs)

Les longs ARN non codants (lncARNs) sont un type de molécule d'ARN qui ne fabriquent pas de protéines mais jouent des rôles importants dans divers processus biologiques. Ils mesurent plus de 200 nucléotides et sont impliqués dans la régulation de l'activité des gènes, influençant comment les cellules décident de leur sort, modifiant la structure de l'ADN et affectant l'expression génique. Certains lncARNs ont été identifiés comme des acteurs clés dans la biologie des vaisseaux sanguins et le développement des cellules sanguines. Par exemple, certains lncARNs peuvent influencer le fonctionnement des cellules endothéliales, aider à former de nouveaux vaisseaux sanguins ou changer la structure des vaisseaux. Des études récentes ont souligné l'importance de plus de 150 lncARNs spécifiquement trouvés dans les cellules souches formant le sang chez les adultes, montrant que certains sont nécessaires pour que ces cellules souches se maintiennent et se développent en différents types de cellules.

#Aperçu de l'étude

Cette étude intègre des données publiées précédemment issues de techniques avancées de séquençage de gènes pour explorer le rôle des lncARNs dans le développement précoce des VECs chez les mammifères. En détaillant les schémas d'expression de ces lncARNs durant le développement, on fournit des aperçus sur la façon dont ils affectent la formation et la spécialisation des vaisseaux sanguins et des cellules formant le sang. Ce travail comble une lacune dans les connaissances existantes et ouvre de nouvelles voies pour comprendre et tirer parti du potentiel des données à haut débit provenant du séquençage de gènes.

#Expression abondante de lncARNs dans le développement précoce des VECs

Des études initiales axées sur les gènes codant des protéines ont fourni une multitude d'informations sur comment les VECs diffèrent, comment les caractéristiques veineuses et artérielles se développent, et comment les décisions de destin des cellules sanguines sont prises. Dans notre étude, nous avons analysé des données de séquençage RNA à haute profondeur, en utilisant spécifiquement une méthode qui permet une détection plus large des lncARNs. Cette approche de séquençage a permis de détecter de nombreux lncARNs, révélant une quantité significative de données d'expression.

Avec cette méthode, nous avons identifié 6 722 gènes d'lncARN exprimés lors du développement vasculaire précoce chez la souris. Cela représente environ 30 % de tous les gènes détectés. La plupart des lncARNs exprimés comprenaient différents types, comme les lncARN antisens et les lincRNA. En moyenne, chaque VEC exprimait environ 630 lncARNs aux côtés de presque 7 000 gènes codant des protéines. Bien que le taux de détection global des lncARNs soit plus élevé, un faible niveau d'expression dans les cellules individuelles a probablement causé que certaines lncARNs aient été manquées lors du séquençage unicellulaire.

Nous avons aussi constaté que le nombre de lncARNs exprimés variait entre différentes populations de VECs, avec les comptes les plus élevés dans les premières étapes de développement ou des types cellulaires spécifiques. Cela indique un schéma d'expression complexe qui joue probablement un rôle dans la spécialisation et la maturation de ces cellules.

#Expression différentielle des lncARNs et hétérogénéité des VECs

Au total, nous avons identifié 295 lncARNs qui avaient des différences significatives d'expression à travers diverses populations de VECs. Ces lncARNs exprimés différemment nous ont aidés à visualiser et analyser les relations entre différents types de VECs grâce à des techniques avancées de réduction de dimensionnalité. Les résultats de clustering basés sur l'expression des lncARNs reflétaient ceux obtenus à partir des études sur les gènes codant des protéines, renforçant l'idée que les lncARNs contribuent significativement à la diversité des types de cellules endothéliales et leurs fonctions.

Nous avons examiné la corrélation de lncARNs spécifiques avec des gènes codant des protéines et les processus biologiques auxquels ils sont impliqués. Par exemple, certains lncARNs montraient une expression plus élevée dans les VECs artériels matures et étaient associés à des processus de développement critiques comme la formation d'artères et la différenciation endothéliale. Cela suggère que ces lncARNs pourraient jouer des rôles régulateurs importants durant le développement vasculaire.

Pour confirmer ces résultats, nous avons trié différentes populations de VECs en utilisant des marqueurs de surface établis et validé l'expression de lncARNs sélectionnés par RT-PCR quantitative. Les résultats ont montré que des lncARNs spécifiques étaient exprimés de manière cohérente dans les populations attendues, vérifiant ainsi l'efficacité de nos méthodes de séquençage.

#lncARNs régulant la spécification artérielle et veineuse

Le développement vasculaire présente deux vagues principales de spécification artérielle : la création des grandes artères et la conversion des veines en structures artérielles. Pour identifier les lncARNs liés à ces processus, nous avons isolé les principaux lncARNs corrélés aux caractéristiques artérielles et veineuses. Les données ont suggéré que plusieurs lncARNs pourraient aider à différencier ces caractéristiques dans les VECs.

En analysant comment l'expression des lncARNs change le long des voies de développement des grandes artères et des structures veineuses, nous avons noté des schémas spécifiques. Beaucoup de lncARNs qui étaient positivement corrélés avec le développement artériel étaient aussi associés à des gènes qui définissent les artères matures, soulignant leurs rôles dans le développement vasculaire. En revanche, certains lncARNs liés aux veines montraient une diminution à mesure que les artères se formaient, indiquant un changement dans l'expression des gènes lorsque les cellules passent d'identités veineuses à artérielles.

#lncARNs et spécification endothéliale hémogénique

En plus du développement vasculaire, un autre processus essentiel est la spécification endothéliale hémogénique. Cela se produit lorsque les cellules endothéliales commencent à se différencier en cellules formant le sang. En cartographiant les changements dans l'expression des lncARNs le long des chemins des VECs artériels aux cellules hémogéniques, nous avons catégorisé ces lncARNs en différents schémas d'activité.

Un groupe de lncARNs montrait une expression accrue exclusivement durant la spécification hémogénique, suggérant qu'ils sont essentiels dans cette phase transitoire. Les réseaux de co-expression formés par ces lncARNs et des gènes codant des protéines associés ont fourni des aperçus sur leurs fonctions, laissant entendre un rôle collaboratif pour guider le développement des types de cellules sanguines.

Fait intéressant, certains lncARNs qui étaient régulés à la baisse durant l'engagement vers un destin hématopoïétique étaient régulés à la hausse durant la maturation artérielle, indiquant que la régulation de ces lncARNs pourrait être étroitement contrôlée et dépendante du contexte.

#Implication des lncARNs dans le réseau régulateur des facteurs de transcription (TF)

Pour explorer davantage comment les lncARNs influencent le développement vasculaire précoce, nous avons construit un réseau régulateur impliquant divers facteurs de transcription (TFs) cruciaux pour le développement endothélial. Nous avons identifié de nombreux régulons-groupes de gènes régulés par un seul TF-mettant en évidence comment ces réseaux sont activés différemment dans diverses populations de VECs.

L'analyse a révélé que certains TFs avaient des rôles distincts liés à des types de VECs spécifiques. Par exemple, certains TFs connus pour réguler le développement sanguin étaient particulièrement actifs dans les cellules endothéliales hémogéniques. De plus, les lncARNs montraient une forte association avec des régulons spécifiques, indiquant leur potentiel rôle dans le contrôle de l'expression de gènes critiques au sein de ces réseaux.

#Distinction des sous-populations de VECs conduite par les lncARNs

En utilisant les données d'expression des lncARNs, nous avons effectué un clustering non supervisé pour identifier trois principales populations de VECs. Notamment, une partie significative des groupes nouvellement identifiés ne s'alignait pas parfaitement avec les classifications antérieures basées sur les gènes codant des protéines, suggérant que les lncARNs entraînent des distinctions uniques liées à la maturation endothéliale.

Les clusters que nous avons identifiés étaient enrichis dans différents processus, avec un groupe principalement lié au développement précoce et un autre aux étapes ultérieures de la différenciation endothéliale. Ces résultats impliquent que les lncARNs sont essentiels pour reconnaître les différentes étapes de maturation des VECs, offrant une compréhension plus nuancée de comment les vaisseaux sanguins se développent.

#Conservation et directions futures

Nos résultats soulèvent des questions intrigantes sur le fait de savoir si les caractéristiques des lncARNs observées dans les systèmes embryonnaires de souris et d'humains s'étendent à d'autres scénarios de développement d'organes. Des schémas similaires dans l'expression des lncARNs ont été notés dans le développement vasculaire du foie, indiquant que l'implication des lncARNs dans la maturation endothéliale pourrait être conservée dans différents contextes.

En conclusion, notre étude met en avant que les lncARNs jouent un rôle vital dans la régulation des processus complexes du développement vasculaire. Ils contribuent non seulement à la diversité et à la spécialisation des types de VECs, mais fournissent également de nouveaux aperçus sur les mécanismes régulateurs qui gouvernent ces processus. Les recherches futures devraient approfondir les rôles de lncARNs spécifiques, explorant leurs applications potentielles dans la médecine régénérative et les interventions thérapeutiques pour les maladies vasculaires. Les connaissances acquises ici serviront de base pour de futures investigations sur les fonctions des lncARNs dans divers contextes biologiques.