La biotechnologue Pascale Daran-Lapujade et son groupe de l’Université de technologie de Delft aux Pays-Bas ont réussi à construire des gènes musculaires humains dans l’ADN de la levure de boulanger. C’est la première fois que des chercheurs réussissent à placer une caractéristique humaine aussi vitale dans une cellule de levure.

La caractéristique que le laboratoire de Pascale Daran-Lapujade a ajoutée aux cellules de levure est régie par un groupe de dix gènes sans lesquels les humains ne peuvent pas survivre ; ils contiennent le schéma directeur d’une soi-disant voie métabolique – un processus qui décompose le sucre pour capturer l’énergie et construire des blocs de construction cellulaires à l’intérieur des cellules musculaires. Ce processus joue un rôle dans de nombreuses maladies telles que le cancer, ce qui signifie que la levure modifiée pourrait servir d’outil dans la recherche médicale. « Maintenant que nous comprenons le processus complet, les scientifiques médicaux peuvent utiliser ce modèle de levure humanisée comme outil de dépistage des médicaments et de recherche sur le cancer », déclare Pascale Daran-Lapujade.

Les humains et la levure sont similaires

Selon cette chercheuse, il y a beaucoup de similitudes entre une levure et un être humain : « Cela semble bizarre, puisque la levure vit comme des cellules individuelles et que les humains consistent en un système sensiblement plus complexe, mais les cellules fonctionnent de manière très similaire ». « C’est pourquoi il est assez courant en science de greffer des gènes humains dans une levure. Parce que les chercheurs peuvent se débarrasser de toutes les autres interactions qui pourraient exister dans le corps humain, la levure fournit un environnement propre où ils peuvent étudier un seul processus. « Par rapport aux cellules ou aux tissus humains, la levure est un organisme fantastique pour sa simplicité de croissance et son accessibilité génétique : son ADN peut être facilement modifié pour répondre à des questions fondamentales » explique Pascale Daran-Lapujade. « De nombreuses découvertes cruciales telles que le cycle de division cellulaire, ont été élucidées grâce à la levure. »

Levure humanisée

Auparavant, le groupe de Pasca le Daran-Lapujade a réussi à concevoir des chromosomes artificiels qui fonctionnent comme une plate-forme d’ADN pour créer de nouvelles fonctions dans la levure. À partir de là, ils voulaient voir jusqu’où ils pouvaient aller en ajoutant plusieurs gènes humains et des voies métaboliques entières, et si les cellules fonctionneraient toujours comme un tout. « Et si nous prenions le même groupe de gènes qui contrôle la consommation de sucre et la production d’énergie des muscles humains dans la levure ? » se demandait Pascale Daran-Lapujade. « Pouvons-nous humaniser une fonction aussi essentielle et complexe dans la levure ?« 

Le laboratoire de Daran-Lapujade a pris de l’ADN humain (en rouge) codant pour les fonctions essentielles des cellules musculaires et l’a inséré dans l’ADN (chromosomes en violet) d’une cellule de levure (en jaune). La levure humanisée peut être utilisée comme outil pour des études médicales, par exemple dans le dépistage de drogues et la recherche sur le cancer. (Photo : Studio Ella Maru / Pascale Daran-Lapujade)

Avec une facilité surprenante, les doctorants et co-premiers auteurs Francine Boonekamp et Ewout Knibbe ont réussi à concevoir une levure humanisée. « Nous ne nous sommes pas contentés de transplanter les gènes humains dans la levure, nous avons également retiré les gènes de levure correspondants et les avons complètement remplacés par les gènes musculaires humains », explique Daran-Lapujade. « Vous pourriez penser que vous ne pouvez pas échanger la version levure avec la version humaine, car il s’agit d’un processus tellement spécifique et étroitement régulé à la fois dans les cellules humaines et dans les cellules de levure. Mais ça marche comme un charme ! »

Humaniser davantage

Les chercheurs ont travaillé avec le laboratoire du professeur Barbara Bakker (University Medical Center Groningen), où ils ont pu comparer l’expression de gènes humains dans la levure et dans leur environnement musculaire humain natif à l’aide de cellules de tissus humains cultivées en laboratoire. Les propriétés des enzymes humaines produites dans la levure et dans leurs cellules humaines natives étaient remarquablement similaires, soutenant la valeur de la nouvelle levure humanisée en tant que modèles pour les cellules humaines.

Ce processus n’est qu’une petite partie du métabolisme humain; il existe de nombreux autres processus similaires entre la levure et les cellules humaines qui pourraient être étudiés dans les levures humanisées. Alors que Pascale Daran-Lapujade se concentre sur les aspects fondamentaux et technologiques de la levure d’ingénierie, et ne prévoit donc pas d’étudier elle-même les applications de la levure humanisée, elle espère collaborer avec d’autres scientifiques intéressés par l’utilisation de l’outil. « Ce n’est que le point de départ », dit-elle, « nous pouvons humaniser davantage la levure et construire étape par étape un environnement humain plus complexe dans la levure. »

https://www.tudelft.nl/en/2022/tnw/bakers-yeast-with-human-muscle-genes

https://doi.org/10.1016/j.celrep.2022.111010

https://www.cell.com/cell-reports/fulltext/S2211-1247(22)00799-9