Pleins feux sur un nouveau scientifique : Yi Liu, Ph. D., cartographie l’esprit pour mieux comprendre les gènes et les troubles neurologiques

Yi Liu, Ph. D., scientifique du Programme de médecine régénératrice et du Programme de neurosciences à l’Institut de recherche de l’Hôpital d’Ottawa et professeur adjoint à l’Université d’Ottawa, découvre comment les cellules cérébrales savent quels gènes activer ou désactiver et ce qui se passe lorsque ce processus tourne mal. De la croissance de mini-cerveaux en laboratoire à l’exploration des thérapies génétiques, ses recherches éclairent des conditions comme le syndrome de Rett et l’autisme, dans le but d’améliorer les soins pour les patients atteints de troubles cérébraux et cardiaques.

Lisez cet entretien pour plonger dans l’organe le plus mystérieux et découvrir les prochaines étapes de ses recherches.

Pouvez-vous décrire vos recherches et vos objectifs? 

Mes recherches explorent comment les cellules cérébrales savent quels gènes activer ou désactiver et ce qui se passe lorsque ce contrôle tourne mal dans des problèmes médicaux comme le syndrome de Rett et l’autisme. En utilisant des cellules souches humaines, nous développons des modèles miniatures du cerveau pour observer comment les neurones se forment, communiquent et interagissent avec les cellules immunitaires. Grâce à de puissants outils d’imagerie et génomiques, nous étudions comment une protéine clé appelée MECP2 aide à organiser l’ADN de la cellule et à réguler l’activité génique. Découvrir ce qui ne va pas dans ces processus ouvrira probablement la voie à des traitements génétiques capables de restaurer une fonction cérébrale saine. À long terme, notre objectif est de traduire ces découvertes en thérapies plus précises pour les troubles cérébraux et cardiaques. 

Qu’est-ce qui vous a inspiré à poursuivre ce domaine de recherche? 

Le cerveau humain m’a toujours impressionné, avec près de 100 milliards de neurones, chacun formant des milliers de connexions qui travaillent ensemble pour créer nos pensées, nos souvenirs, nos mouvements et nos émotions. J’ai été attiré par le mystère de la formation de ce vaste réseau à partir d’un simple code génétique. Chaque neurone suit un script moléculaire précis : les gènes s’activent et s’éteignent dans des séquences soigneusement synchronisées pour guider leur croissance, leurs connexions et leurs réponses à l’expérience. Ce qui me fascine aussi, c’est à quel point ce programme est dynamique. Les facteurs environnementaux – influencés par les expériences de la petite enfance, le stress ou les blessures – peuvent subtilement réécrire ces schémas d’expression génique, modifiant la façon dont les neurones communiquent et comment le cerveau s’adapte ou ne parvient pas à se rétablir. Mon travail vise à décoder ces instructions moléculaires, à comprendre comment elles donnent naissance aux fonctions humaines les plus complexes et comment leur perturbation peut mener à des troubles neurodéveloppementaux. Pour moi, découvrir cette interaction entre les gènes et les signaux externes est l’une des frontières scientifiques les plus profondes : cela relie qui nous sommes, comment nous apprenons et comment nous vieillissons.

Quel est le plus grand défi que vous rencontrez dans vos recherches? 

L’un des plus grands défis de mes recherches est de capturer la complexité du cerveau humain dans une boîte de Pétri. Même avec les modèles de cellules souches les plus avancés, nous ne pouvons recréer que des fragments du système complexe que vivent les neurones dans un cerveau vivant, y compris l’activité électrique, les signaux immunitaires et les interactions cellulaires qui façonnent le développement et le comportement.

La régulation génétique ajoute une couche supplémentaire de complexité. Chaque neurone dans le cerveau partage le même ADN, mais ils l’interprètent différemment selon la façon dont leurs gènes sont activés ou désactivés. Décoder ces schémas dynamiques d’expression génique, en particulier leur réponse aux influences externes comme le stress ou les blessures, est à la fois techniquement exigeant et conceptuellement vaste. 

Mais ce défi est aussi ce qui rend le travail passionnant. 

Chaque expérience donne l’impression de découvrir une petite pièce d’un casse-tête beaucoup plus vaste qui pourrait éventuellement nous aider à comprendre non seulement la maladie, mais aussi ce qui rend le cerveau humain si remarquablement adaptable.
 

Qu’est-ce qui vous a attiré à l’Institut de recherche de l’Hôpital d’Ottawa (IRHO)? 

Ce qui m’a attiré à l’IRHO, ce sont les gens et sa culture collaborative déterminante. L’IRHO réunit des scientifiques, des cliniciens et des ingénieurs qui partagent un objectif commun : traduire les découvertes en bénéfices réels pour les patients. Ce sens de l’action crée un environnement où les idées passent rapidement de la recherche fondamentale à l’application clinique. Pour moi, l’IRHO représente le genre d’écosystème de recherche où la science motivée par la curiosité et l’impact translationnel se rencontrent vraiment.

Après cinq années incroyables, mais mouvementées à Boston, où ma femme et moi avons tous deux complété des bourses postdoctorales très enrichissantes au MIT, nous avons décidé qu’il était temps de ramener nos recherches et nos vies au Canada, cette fois avec notre fille qui va bientôt arriver. Ottawa semble être l’endroit parfait pour s’enraciner, une ville qui allie science, nature et communauté. 
 

Comment votre travail se connecte-t-il aux soins offerts aux patients?

Mon travail commence avec les patients. Nous utilisons des cellules souches reprogrammées chez des personnes atteintes de troubles neurodéveloppementaux, comme le syndrome de Rett, pour générer des neurones humains, des organoïdes cérébraux et d’autres modèles. Ces systèmes nous permettent d’étudier comment les gènes et la chromatine sont régulés en santé et en maladie. En recréant l’environnement cellulaire du cerveau humain, nous pouvons observer comment des mutations génétiques spécifiques modifient le développement et la communication des neurones. Cela nous aide à découvrir les principes fondamentaux de la régulation génétique qui sous-tendent l’apprentissage, la mémoire et la cognition. D’un point de vue translationnel, ces modèles humanisés peuvent être utilisés directement pour dépister des thérapies potentielles ou des approches d’édition génomique. L’objectif est de combler le fossé entre la compréhension moléculaire et les traitements significatifs, rapprochant les découvertes faites en laboratoire de l’amélioration de la vie des patients.

Quelles sont les prochaines étapes de vos recherches? 

L’étape suivante de mes recherches est d’augmenter les découvertes. Nous développons des systèmes expérimentaux à haut débit et semi-autonomes capables de générer d’énormes quantités de données sur la régulation des gènes dans différents types cellulaires et conditions de maladies. En combinant la différenciation automatisée des cellules souches, l’imagerie et le profilage moléculaire, nous pouvons cartographier systématiquement la façon dont les gènes neuronaux et la chromatine répondent à des perturbations ou candidats thérapeutiques spécifiques. Toutes ces informations alimenteront une base de données en croissance conçue pour l’apprentissage automatique et l’analyse assistée par l’IA. L’objectif est d’entraîner des algorithmes capables de reconnaître les motifs moléculaires, de prédire les issues des maladies et même de suggérer de nouvelles stratégies thérapeutiques. En fin de compte, je vois cela comme une façon de passer de la biologie descriptive à la biologie prédictive, où nous non seulement observons ce qui se passe dans les cellules, mais pouvons aussi anticiper et concevoir les prochaines étapes pour restaurer une fonction saine.