Une nouvelle méthode pour étudier les modifications spécifiques de l’ADN après la réplication a été publiée sous forme de rapport technique dans Biologie Cellulaire Nature. Les chercheurs ont développé une approche basée sur la spectrométrie de masse quantitative hautement sensible, appelée iDEMS (isolation de l’ADN par marquage EdU pour la spectrométrie de masse).
La nouveauté dans notre travail est que nous n’avons pas utilisé de méthodes de séquençage largement utilisées dans ce domaine, nous avons plutôt utilisé la spectrométrie de masse, qui est la première fois que cette approche est utilisée pour mesurer les modifications de l’ADN sur de l’ADN purifié et répliqué. »
Dr Stewart-Morgan, co-premier auteur du rapport, du laboratoire Groth du Novo Nordisk Foundation Center for Protein Research (CPR) de l’Université de Copenhague
Cette approche unique est le résultat d’un projet conjoint avec le laboratoire Hajkova du MRC London Institute of Medical Sciences (LMS). « Dans le laboratoire Groth, nous avons une expertise en réplication et le laboratoire Hajkova a une expertise dans l’étude de la méthylation de l’ADN par spectrométrie de masse. Je pense que cette collaboration multidisciplinaire est en grande partie la raison pour laquelle le projet a été un tel succès », explique le Dr Stewart-Morgan. . « Les résultats de nos recherches utilisant iDEMS sont définitifs et ouvrent de nouvelles voies pour de futures recherches. »
Sommaire
Modifications de l’ADN et stabilité cellulaire
Le génome est l’ensemble des instructions d’ADN trouvées dans une cellule. Pratiquement toutes les cellules d’un organisme contiennent la même information génétique, mais les gènes qui sont exprimés dépendent de la fonction de la cellule. Cette expression génique spécifique à la cellule est régulée par l’épigénome de la cellule, qui se compose de protéines liées à l’ADN, ainsi que de modifications chimiques directes de l’ADN. L’un des régulateurs épigénétiques les plus importants est la méthylation de l’ADN – un marqueur chimique qui désactive les régions du génome qui ne devraient pas être exprimées. Le schéma de ces marqueurs est très important pour maintenir la stabilité et l’identité d’une cellule : par exemple, la méthylation de l’ADN dans une cellule hépatique sera différente du schéma de méthylation de l’ADN dans une cellule sanguine.
Lorsque l’ADN est répliqué au cours de la division cellulaire, les marques épigénétiques associées à l’ADN, y compris la méthylation de l’ADN, sont diluées. Les brins d’ADN nouvellement créés doivent rétablir le niveau et le schéma de méthylation pour maintenir le contrôle de l’expression des gènes, la stabilité génomique et la mémoire épigénétique de l’identité de la cellule.
Cependant, une grande partie de ce processus est inconnue et la perte de méthylation de l’ADN est une caractéristique commune des cellules qui se sont divisées plusieurs fois, telles que les cellules cancéreuses qui sont très prolifératives et les cellules âgées qui se sont répliquées plusieurs fois au cours de la vie d’une personne. Ces dernières années, plusieurs groupes ont tenté d’étudier ce processus à l’aide de méthodes de séquençage, mais la cinétique exacte du maintien de la méthylation post-réplicative restait incertaine.
Rétablissement de la méthylation
En utilisant iDEMS, les chercheurs ont découvert que les niveaux de méthylation de l’ADN augmentaient régulièrement après la réplication, et après 4 heures, les niveaux sur l’ADN répliqué et l’ADN génomique étaient égaux. Cela indique que ce processus se déroule à un rythme régulier et lent. Cependant, il est dépassé par la division cellulaire.
« Au fil du temps, les cellules n’ont pas assez de temps pour rétablir leur méthylation après la réplication, et la méthylation du génome est finalement diluée. C’est la première fois qu’une cinétique très claire pour le rétablissement de la méthylation a été montrée. De plus, nous avons vu quantification absolue des niveaux de méthylation de l’ADN, nous permettant de distinguer les marques de méthylation nouvellement établies. Cela nous a donné confiance dans nos mesures cinétiques », rapporte le Dr Stewart-Morgan.
Un deuxième marqueur chimique
Les chercheurs ont également utilisé iDEMS pour étudier un deuxième marqueur – l’hydroxyméthylation de l’ADN – qui est un marqueur génomique beaucoup plus rare que la méthylation. Leurs résultats ont corroboré des recherches antérieures, déclare le Dr Stewart-Morgan : « Nous avons découvert qu’un brin d’ADN, la matrice ou le brin « parental », a toujours plus d’hydroxyméthylation que l’autre brin « fille », confirmant des travaux antérieurs qui indiquaient que ce marqueur distingue l’ADN mèches en fonction de l’âge », dit-elle.
« Cependant, nous avons également découvert qu’il n’y a aucun point auquel les niveaux d’hydroxyméthylation sont égaux entre les brins parentaux et filles tout au long du cycle cellulaire. Cela ouvre de nouvelles questions sur la façon dont cette différence entre les brins peut être utilisée par les cellules, par exemple pendant l’ADN. réparation. »
Le potentiel d’iDEMS
En quantifiant directement les modifications de l’ADN sur l’ADN répliqué, iDEMS résout la cinétique de méthylation et d’hydroxyméthylation de l’ADN suite à la réplication de l’ADN. « iDEMS est un outil dynamique et informatif pour aborder des questions importantes dans la maintenance de l’épigénome et la biologie de la modification de l’ADN », déclare le Dr Stewart-Morgan.
En ce qui concerne l’avenir, iDEMS sera utile pour profiler la dynamique de la méthylation et de l’hydroxyméthylation dans différents contextes cellulaires, y compris le vieillissement et l’évolution du cancer. Par rapport aux données de séquençage, la spectrométrie de masse fournit une lecture simple et rapide, et iDEMS pourrait donc être utile là où l’efficacité est essentielle, comme dans les milieux médicaux et les études de découverte de médicaments.
« Nos résultats mettent en évidence l’importance des nouvelles méthodes pour comprendre la biologie à travers plus d’un objectif. iDEMS est extrêmement flexible, car il peut être combiné avec d’autres méthodes établies utilisées en biologie moléculaire pour examiner l’épigénome. Cette méthode ajoute donc un outil important pour la suite de technologies étudiant la stabilité de l’épigénome », conclut le Dr Stewart-Morgan.
