Genome-wide CRISPR knockout cell screening platform for the disease vector tick species Ixodes scapularis

Cette étude établit la première plateforme de criblage par knockout CRISPR-Cas9 à l'échelle du génome chez le vecteur de la maladie de Lyme, *Ixodes scapularis*, permettant d'identifier avec succès des gènes essentiels à la fitness cellulaire et à la résistance à des stress spécifiques, fournissant ainsi les premières preuves expérimentales à grande échelle de la fonction des gènes chez cette espèce de tique.

L'essentiel

Imaginez la tique à pattes noires (Ixodes scapularis) comme un camion de livraison biologique minuscule qui transporte accidentellement des cargaisons dangereuses comme la maladie de Lyme et d'autres affections vers les humains. Les scientifiques ont déjà dressé une carte très détaillée de la salle des machines de ce camion (son génome), mais ils ne savent pas vraiment ce que chaque engrenage, boulon ou fil individuel fait réellement. Ils possèdent le plan, mais ils n'ont pas testé les pièces pour voir comment la machine fonctionne.

Pour remédier à cela, les chercheurs ont construit un nouveau « laboratoire de test » à l'intérieur des cellules de la tique. Imaginez cette plateforme comme une immense usine automatisée où ils peuvent systématiquement retirer une pièce spécifique (un gène) à la fois pour voir ce qui se passe lorsqu'elle manque. C'est le criblage par invalidation CRISPR-Cas9. C'est comme un mécanicien qui, au lieu de deviner quelle pièce est défectueuse, retire simplement chaque pièce une par une pour voir quelle suppression fait ramer ou arrêter le moteur.

Pour prouver que leur nouveau laboratoire de test fonctionne, ils ont effectué trois « tests de résistance » spécifiques :

1. Le test de forme : Ils ont vérifié quelles pièces sont essentielles simplement pour que la cellule de tique reste en vie et en bonne santé. Si vous retirez ces pièces, la cellule s'effondre immédiatement.
2. Le test de poison : Ils ont exposé les cellules à différentes substances toxiques :
   • Chlorure de cuivre : Un produit chimique qui peut être nocif pour les cellules.
   • Antimycine A : Une substance qui empêche les cellules de produire de l'énergie.
   • Destruxine A (DA) : Un poison naturel produit par un champignon (Metarhizium anisopliae) qui tente de tuer les tiques.

En observant quelles pièces les cellules avaient besoin pour survivre à ces poisons, les scientifiques ont découvert quels gènes agissent comme le bouclier ou l'équipe de réparation de la tique contre ces menaces spécifiques.

La grande découverte
Avant cette étude, nous avions très peu de preuves expérimentales de ce que font réellement ces gènes de tique. Cet article est la première fois que les scientifiques utilisent avec succès cette méthode de « retrait d'une pièce » sur des tiques (un groupe d'arachnides appelés Acari).

Le résultat est une liste gigantesque de « premières ». Pour de nombreux gènes, c'est la toute première fois que nous connaissons leur description de poste. Certains de ces gènes sont comme des outils universels trouvés chez de nombreux animaux, tandis que d'autres sont des « outils spécialisés » uniques que seules les tiques possèdent. Les chercheurs n'ont pas seulement trouvé les pièces ; ils ont remis à la communauté scientifique un manuel complet et fonctionnel ainsi qu'un nouvel ensemble d'outils pour comprendre comment fonctionne la machinerie biologique de la tique, en se concentrant spécifiquement sur sa survie et son fonctionnement.

Résumé technique

Résumé technique : Plateforme de criblage par knockout CRISPR à l'échelle du génome pour les cellules d'Ixodes scapularis

Énoncé du problème
La tique à pattes noires, Ixodes scapularis, est le principal vecteur de Borrelia burgdorferi (l'agent causal de la maladie de Lyme) et d'autres pathogènes responsables de l'anaplasmose, de la babésiose et de l'encéphalite à tiques. Malgré la disponibilité d'annotations génomiques de haute qualité pour cette espèce, il existe un écart significatif dans la compréhension fonctionnelle de ses gènes. Les connaissances actuelles manquent de preuves expérimentales reliant des gènes spécifiques d'I. scapularis à des fonctions cellulaires, ce qui entrave le développement d'interventions ciblées contre les maladies à tiques.

Méthodologie
Pour combler cette lacune fonctionnelle, les auteurs ont développé une plateforme de criblage par knockout CRISPR-Cas9 à l'échelle du génome, spécifiquement adaptée aux cellules d'I. scapularis. L'étude a utilisé cette plateforme pour mener des criblages non biaisés visant à :

1. La condition physique cellulaire : Identifier les gènes essentiels à la survie et à la prolifération cellulaires générales.
2. La résistance chimique : Évaluer les fonctions génétiques liées à la résistance contre des stress spécifiques :
   • Le chlorure de cuivre.
   • L'antimycine A.
   • La destruxine A (DA), un hexadépsipeptide cyclique produit par le champignon pathogène Metarhizium anisopliae.

Contributions clés

• Développement de la plateforme : La création de la première plateforme de criblage par knockout cellulaire CRISPR-Cas9 à l'échelle du génome pour la sous-classe d'arthropodes des Acariens.
• Génération de ressources : La fourniture de ressources et de jeux de données associés dérivés de ces criblages.
• Annotation fonctionnelle : La génération de données expérimentales reliant des gènes spécifiques d'I. scapularis à des phénotypes cellulaires, dépassant la prédiction bioinformatique pour parvenir à une validation empirique.

Résultats
Le processus de criblage a permis d'identifier avec succès des ensembles spécifiques de gènes associés aux conditions testées :

• Condition physique : Des gènes impliqués dans la condition physique cellulaire générale ont été identifiés.
• Réponse au stress : Des ensembles distincts de gènes ont été liés aux mécanismes de résistance contre le chlorure de cuivre, l'antimycine A et la destruxine A.
• Caractérisation des gènes : Les résultats ont mis en évidence à la fois des gènes d'I. scapularis conservés et non conservés impliqués dans ces fonctions cellulaires pertinentes. Ce travail fournit la première preuve expérimentale de la fonction d'un large ensemble de gènes d'I. scapularis.

Signification
Cette étude représente une étape fondamentale dans la génomique fonctionnelle des tiques. En établissant une capacité de criblage non biaisée à l'échelle du génome, les auteurs fournissent un outil qui sera largement utile pour découvrir efficacement les fonctions cellulaires des gènes d'I. scapularis. La plateforme et les jeux de données résultants offrent une ressource critique pour la communauté scientifique afin de mieux comprendre la biologie des tiques et potentiellement d'identifier de nouvelles cibles pour le contrôle des maladies à tiques.