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Les cellules sont les éléments constitutifs de la vie. Dans toutes les créatures et les plantes, qu’on appelle collectivement « organismes », de très grands nombres de cellules se conjuguent pour que l’organisme se développe et fonctionne. Chez les humains, on pense qu’il peut y avoir jusqu’à 100 billions (100 000 000 000 000) de cellules. Un si grand nombre suppose que les cellules doivent être petites. En fait, environ 60 000 cellules humaines peuvent tenir sur la pointe d’une aiguille.

Pour remplir les fonctions complexes de l’organisme, certaines cellules doivent jouer des rôles spécialisés. Chez les mammifères, par exemple, les cellules du foie remplissent des rôles différents de ceux des cellules du cerveau, et celles du cœur des rôles différents des cellules de la peau. Cependant, même à l’intérieur des tissus, certaines cellules sont spécialisées. Par exemple, dans le sang humain, il y a des globules rouges, des lymphocytes T, des lymphocytes B, des plasmocytes, etc. Toutes ces cellules ont des rôles importants dans le développement normal et la santé. On ne comprend pas très bien comment s’effectue la régulation générale de la spécialisation des cellules à mesure que les organismes se développent, mais cette régulation doit en général se faire de manière sûre pour éviter les maladies et assurer la capacité de reproduction.

En général, toutes les cellules des organismes qui se reproduisent par voie sexuée reçoivent un ensemble complet d’instructions génétiques de chacun de leurs parents. Cet ensemble complet d’instructions génétiques porte le nom de génome et l’approche scientifique de l’étude du génome s’appelle la génomique. Le génome se compose d’ADN et contient le code des gènes. On sait que les cellules d’un organisme se spécialisent et par conséquent, qu’elles diffèrent les unes des autres et, par voie de conséquence aussi, que certains gènes sont activés tandis que d’autres sont désactivés. On dit des gènes qui sont activés qu’ils sont « exprimés » et cette expression peut se mesurer par l’examen de la présence d’une autre molécule appelée ARN, produite à partir d’un gène activé. La maladie peut survenir si les mauvais gènes sont exprimés ou si l’expression de gènes est désactivée.

De nombreux chercheurs ont utilisé les outils génomiques pour découvrir quels gènes sont exprimés dans des tissus normaux et des tissus malades, pour identifier ceux qui sont par erreur activés ou désactivés dans des tissus malades. Certaines de ces études ont abouti à des médicaments conçus pour intervenir sur ces gènes lorsqu’ils sont activés par erreur. Gleevec, utilisé pour traiter la leucémie, est un exemple de ces médicaments.

Un des problèmes importants auxquels font face les chercheurs dans l’identification des gènes dont la mauvaise expression entraîne la maladie est la très petite taille de chacune des cellules. En raison justement de cette petite taille, il y a très peu d’ARN présent, et encore bien moins que ce qui peut être étudié à l’aide des outils génomiques actuels. Il faut surmonter aussi un autre obstacle de taille, à savoir qu’un tissu contient généralement de nombreux types différents de cellules, dont seulement une peut être liée au processus de la maladie. Par exemple, de nombreux tissus cancéreux contiennent des mélanges qui créent de la confusion de cellules normales et malades, et les chercheurs qui étudient l’expression des gènes dans ces cancers sont vraisemblablement induits en erreur par ces mélanges. En fait, il est habituellement impossible de découvrir les gènes mal exprimés les plus importants dans ces tissus.

Notre projet, auquel participent des experts renommés en génomique et en ingénierie, propose de résoudre ces problèmes cruciaux en élaborant une nouvelle approche qui permettra aux chercheurs d’appliquer simultanément les outils génomiques à de nombreuses cellules seules. En étudiant les cellules, cellule par cellule, nous espérons éviter la confusion qui accompagne l’étude de mélanges complexes de cellules, et de mesurer plus exactement l’ARN présent dans chacune d’elles. Une vaste disponibilité et une large application de notre approche permettront aux chercheurs de mesurer avec exactitude l’ARN dans des cellules individuelles, ce qui mènera ensuite à une capacité considérablement améliorée d’identifier les gènes mal exprimés dans des tissus malades. On obtiendra éventuellement des cibles génétiques de haute qualité pour l’élaboration de nouveaux médicaments. Nous prévoyons que notre approche peut révolutionner de nombreux domaines de la recherche, en plus des soins de santé, notamment celui de l’examen des différences génomiques dans les tissus « normaux » non malades, et dans l’étude des génomes de microbes qu’on ne peut pas cultiver et qui occupent des créneaux écologiques et environnementaux intéressants.