En éliminant l'essentiel de l'ADN sanguin sain, MéthylScan donne aux cliniciens une vision plus claire du cancer, des maladies du foie et des lésions tissulaires à partir d'un seul échantillon de sang.
Étude : Vers la détection simultanée de plusieurs maladies grâce à un test de méthylome d’ADN acellulaire très rentable. Crédit d'image : 3dMediSphere/Shutterstock
Dans une étude récente publiée dans la revue PNASles chercheurs ont présenté « MéthylScan », une nouvelle méthode de profilage rentable de l'ADN acellulaire (cfDNA) méthylome. La publication détaille comment des enzymes spécialisées peuvent être utilisées pour faciliter l'épuisement de l'ADN de fond sain, permettant ainsi à MéthylScan d'enrichir spécifiquement les signaux de maladies rares et de réduire considérablement les coûts de séquençage.
La méthode a été validée dans une cohorte de 1 061 personnes, avec des tests d'étude démontrant la grande précision de MéthylScan dans la détection de quatre principaux types de cancer, la classification des maladies du foie et l'identification des lésions organiques, marquant ainsi un progrès vers un diagnostic holistique de toutes les maladies. En réduisant considérablement les coûts de séquençage tout en maintenant une sensibilité analytique élevée, MéthylScan établit un cadre viable pour une surveillance complète et non invasive de la santé.
Sommaire
Arrière-plan
ADN acellulaire plasmatique (cfDNA) est un mélange hétérogène de fragments libérés par divers tissus lors de la mort cellulaire et a déjà été utilisé pour offrir aux cliniciens une fenêtre non invasive sur la santé des organes. Les avantages de cette technique résident dans son fondement mécaniste. Contrairement au génome, qui reste largement statique, le méthylome de l'ADN est spécifique au tissu et subit des modifications dynamiques en réponse à l'étiologie de la maladie, fournissant des informations sur l'origine du tissu et l'état de la maladie.
Malheureusement, la grande majorité des documents en circulation cfDNA (estimé à ~ 85 %) provient de cellules hématopoïétiques saines. Des études ont montré qu'au cours des premiers stades de l'oncogenèse, les tumeurs cfDNA peuvent constituer moins de 0,1 % de l’échantillon total. Par conséquent, pour détecter ces traces de signaux, les chercheurs ont généralement besoin d’une couverture de séquençage dépassant 1 000 fois au niveau de locus cibles spécifiques, ce qui rend les approches à l’échelle du génome financièrement peu pratiques pour le dépistage au niveau de la population.
À propos de l'étude
La présente étude visait à relever ce défi en développant une nouvelle approche méthodologique (appelée « MéthylScan ») qui élimine sélectivement le fond sanguin dominant, augmentant ainsi le rapport signal/bruit pour les marqueurs d'hyperméthylation spécifiques à la maladie.
La méthode MéthylScan utilise un protocole expérimental spécialisé et un panneau de capture conçu sur mesure. L'innovation centrale de la méthode réside dans l'utilisation d'enzymes de restriction sensibles à la méthylation (MSRE), plus précisément : 1. HpaII (site de reconnaissance CCGG) et 2. HhaI (site de reconnaissance GCGC). Ces enzymes clivent l'ADN uniquement lorsque les sites de reconnaissance sont hypométhylés, un état caractéristique du milieu cfDNA à partir de globules blancs dans des « régions de panel » ciblées.
Le panel de capture conçu sur mesure comprenait 154 028 régions cibles (chacune d’une longueur de 120 pb), totalisant 1 600 725 sites CpG. Ces régions ont été sélectionnées sur la base d’une hypométhylation constante sur 48 échantillons de globules blancs et 30 échantillons de plasma sain.
Pour normaliser le nombre de lectures (et ainsi faciliter la quantification), l'étude a en outre inclus 300 régions de contrôle dépourvues de CpG ou MSRE sites. Enfin, la validation clinique de l'exactitude et de la spécificité de MéthylScan a été réalisée en testant des échantillons de plasma (n = 1 061) et de tissus (n = 899) collectés pour des analyses de découverte et de validation distinctes.
Cette cohorte d'échantillons comprenait 460 patients atteints de cancer dans quatre types de cancer (foie, poumon, ovaire et estomac) aux côtés de 601 personnes non cancéreuses, y compris des visiteurs d'hôpitaux généraux et des personnes à haut risque en raison d'une maladie hépatique chronique ou de nodules pulmonaires bénins.
Pour optimiser les performances du modèle (notamment pour éviter le surajustement), l'étude a appliqué une décomposition en valeurs singulières (SVD) pour la réduction de dimensionnalité avant la formation de la machine à vecteurs de support linéaire (LSVM) classificateurs.
Résultats de l'étude
L'évaluation analytique via une série de dilutions d'ADN de tumeur hépatique a démontré que MéthylScan peut détecter des signaux de cancer dans des fractions tumorales aussi faibles que 0,05 % (test t de Student p = 0,000058) avec une forte corrélation linéaire entre les fractions attendues et estimées (R2 = 0,983).
Notamment, par rapport aux échantillons sans MSRE digestion, le protocole MéthylScan a atteint une couverture 5,1 fois plus élevée dans les régions de contrôle par million de lectures appariées, soulignant sa rentabilité.
Dans les applications cliniques, le modèle de test a atteint une aire moyenne sous la courbe caractéristique de fonctionnement du récepteur (AUROC) de 0,938 (95% CI: 0,920–0,954) pour la détection multicancer de ces quatre cancers. Avec une spécificité de 98,0 %, il a atteint une sensibilité de 63,3 % à tous les stades du cancer et de 55,3 % dans les cancers à un stade précoce (stade I/II). Pour l'étape I spécifiquement, le AUROC était de 0,906 avec une sensibilité de 54,4 %.
La précision du MéthylScan pour distinguer les quatre types de cancer était de 91,7 % (95 % CI: 87,9–94,6 %) pour tous les stades et 89,8 % pour les stades précoces. La méthode a également classé un sous-ensemble de patients à haut risque atteints d'hépatite B, d'hépatite C, de maladie alcoolique du foie et MASLD avec une précision globale de 84,7 % (95 % CI: 76,0–91,2 %).
Les patients atteints d'un cancer du foie ou d'une maladie du foie présentaient des cfDNA fractions par rapport aux visiteurs de l’hôpital général (p = 4,1 x 10-16 pour le cancer ; p = 5,6 x 10-3 pour la maladie), mettant en évidence la déconvolution tissulaire. Enfin, en utilisant les modèles de méthylation associés à l'ascendance, le test a prédit la race avec une précision de 97,1 % (95 % CI: 94,6–98,7 %) dans les analyses limitées aux participants blancs et asiatiques, car les autres groupes étaient trop petits pour une validation croisée fiable.
Conclusions
MéthylScan représente une avancée significative dans le diagnostic épigénomique en surmontant les coûts prohibitifs du séquençage en profondeur grâce à MSRE-épuisement de fond médié. Sa capacité à capturer des informations riches sur l'ensemble du génome à partir d'un seul 10 ng cfDNA L'échantillon permet un empilement continu des données, ce qui, selon les auteurs, pourrait prendre en charge l'apprentissage automatique futur et IA candidatures.
La méthode représente donc une plate-forme polyvalente qui pourrait aider à faire évoluer le domaine vers un paradigme de diagnostic holistique dans lequel plusieurs problèmes de santé peuvent être identifiés et surveillés simultanément et de manière rentable.
