Une étude, dont les résultats intitulés «Drugs modulating stochastic gene expression affect the erythroid differentiation process» ont été publiés dans la revue PLOS ONE, a permis, en explorant expérimentalement le lien entre la variabilité aléatoire dans l’expression des gènes et la différenciation cellulaire, de découvrir chez des progéniteurs érythrocytaires de poulet, que la modification artificielle du niveau de bruit dans l’expression des gènes est systématiquement accompagnée d’une modification de la dynamique de différenciation.

Relevons tout d'abord que l'expression des gènes, qui «permet aux cellules de vivre, de se diviser et d’assurer leur fonction au sein d'un organisme multicellulaire» est soumise en raison de sa nature moléculaire («e.g. faible nombre de molécules, mouvement brownien...») à des variations dues au hasard de sorte qu'une cellule «exprimera ses gènes différemment de la cellule voisine portant le même génome».

Des études récentes ont montré «qu'au cours de différents processus de différenciation, le niveau de variabilité aléatoire dans l’expression des gènes augmente transitoirement», ce qui donne la possibilité aux cellules «d’explorer plus de combinaisons possibles de niveau d’expression génique et d'augmenter leur chance de trouver la bonne combinaison et d’acquérir leur état spécialisé terminal (e.g. globule rouge ou neurone)».

Cependant, comme «l'interdépendance fonctionnelle entre la variabilité de l’expression des gènes et la différenciation n’a jamais été démontrée expérimentalement», l'étude ici présentée l'a fait en mettant en œuvre «une stratégie à base de molécules pharmacologiques capables de modifier le bruit de l'expression génétique».

Concrètement, «3 molécules ont été sélectionnées pour modifier le niveau de variabilité de l’expression des gènes dans des cellules de poulet». Leur impact sur la variabilité a été mesuré par l'utilisation «de données transcriptomiques sur cellule unique»: il a été constaté que «deux de ces molécules réduisent cette variabilité tandis que la dernière l’augmente». Dans cette étude, l'effet de ces 3 molécules «a été testé sur des cellules en différenciation» après que l’existence d’autres effets indésirables ait été écartée.

Il est alors clairement apparu que «les deux molécules qui réduisent la variabilité de l’expression des gènes dans ces cellules réduisent également le pourcentage de cellules différenciées», tandis que «symétriquement, avec la troisième molécule, augmenter la variabilité s'accompagne d'une accélération de la différenciation». En outre, l'emploi d'un modèle mathématique dynamique a pu «confirmer la spécificité de l’effet de ces drogues sur le taux de différenciation des cellules».

Ainsi, au bout du compte, cette étude démontre expérimentalement pour la première fois, «en utilisant des données transcriptomiques en cellule unique couplées à un modèle mathématique», un lien fonctionnel «entre la variabilité de l’expression des gènes et le processus de différenciation». De ce fait, en confirmant «les points de vue théoriques sur le rôle du hasard dans la différenciation», elle «ouvre les portes à de nouvelles pistes de contrôle de ce processus».