Des chercheurs de la Perelman School of Medicine de l’Université de Pennsylvanie ont inventé une nouvelle façon de cartographier des marquages d’ADN spécifiques appelés 5-méthylcytosine (5mC) qui régulent l’expression des gènes et jouent un rôle clé dans la santé et la maladie. La technique innovante permet aux scientifiques de profiler l’ADN à l’aide de très petits échantillons et sans endommager l’échantillon, ce qui signifie qu’il peut potentiellement être utilisé dans les biopsies liquides (test des marqueurs du cancer dans le sang) et la détection précoce du cancer. De plus, contrairement aux méthodes actuelles, il peut également identifier clairement 5mC sans le confondre avec d’autres marquages courants. La nouvelle approche, nommée Direct Methylation Sequencing (DM-Seq), est détaillée dans un Nature Chimie Biologie article aujourd’hui.
Au-delà des bases primaires de l’ADN (adénine, cytosine, guanine et thymine), il existe une couche supplémentaire d’informations dans les modifications de l’ADN qui contrôlent quels gènes sont « activés » ou « désactivés » dans un type de cellule donné. Le 5mC est considéré comme l’une des plus importantes de ces modifications, car il s’agit du type de modification de l’ADN le plus courant chez tous les mammifères et il est connu pour faire taire certains gènes.
5mC peut agir comme une empreinte digitale pour l’identité cellulaire, il est donc important que les scientifiques aient le pouvoir d’isoler 5mC et seulement 5mC. DM-Seq utilise deux enzymes pour cartographier 5mC et peut être appliqué à des échantillons d’ADN clairsemés, ce qui signifie qu’il pourrait être utilisé, par exemple, dans des tests sanguins qui recherchent l’ADN libéré dans le sang par des tumeurs ou d’autres tissus pathologiques.
Rahul Kohli, MD, PhD, professeur agrégé de biochimie et de biophysique à Penn Medicine et auteur principal de l’étude
L’étude a été dirigée par Tong Wang, étudiant en médecine/doctorat dans le laboratoire de Kohli.
Les modifications de l’ADN telles que 5mC fonctionnent comme des régulateurs épigénétiques (réversibles, causés par l’environnement) qui modifient la façon dont l’ADN est lu. 5mC implique la fixation d’un petit groupe d’atomes appelé groupe méthyle à un site particulier sur une cytosine, également connue sous le nom de lettre « C » dans l’alphabet ADN à quatre lettres. La présence de cette modification peut entraver l’expression de l’ADN à proximité par des mécanismes directs et indirects.
L’ADN rendu inactif par 5mC comprend des gènes codant pour des protéines dont l’activité peut ne pas être appropriée dans un type de cellule donné à un stade donné de la vie, ainsi que des éléments de type virus dans l’ADN qui doivent toujours être supprimés. Sans surprise, l’absence ou l’excès anormal de 5mC peut conduire à une expression génique anormale, qui peut entraîner des maladies telles que les cancers. Certains modèles anormaux de 5mC sont considérés comme des signatures de certains cancers, ce qui souligne l’importance d’avoir une méthode de cartographie précise et spécifique de 5mC.
Les méthodes de cartographie du 5mC utilisent des produits chimiques ou des enzymes qui réagissent avec le 5mC et la cytosine normale non modifiée de différentes manières, ce qui permet de distinguer les deux. Mais la méthode traditionnelle, le séquençage au bisulfite (BS-Seq), endommage considérablement l’ADN et ne parvient pas à faire la distinction entre 5mC et un autre type important de méthylation appelé 5-hydroxyméthylcytosine (5hmC). Les méthodes développées plus récemment présentent également des inconvénients, notamment la nécessité de quantités relativement importantes d’ADN.
DM-Seq utilise deux enzymes qui peuvent modifier l’ADN, une ADN méthyltransférase de concepteur et une ADN désaminase, qui ensemble peuvent détecter 5mC directement et spécifiquement. Il est également suffisamment sensible pour être utilisé avec des quantités d’ADN d’un nanogramme, ce qui le rend adapté aux applications de biopsie liquide.
Les chercheurs ont effectué un DM-Seq sur des échantillons de tumeurs cérébrales de type glioblastome et ont démontré que, par rapport au BS-Seq traditionnel, le DM-Seq était mieux à même de distinguer 5mC de 5hmC sur des sites clés du génome où les niveaux de méthylation peuvent être utilisés pour prédire Résultats patient.
Les chercheurs ont également comparé DM-Seq à une autre nouvelle technique émergente de séquençage 5mC appelée TAPS, qui est explorée pour des applications potentielles dans le diagnostic du cancer, montrant que cette dernière présente un inconvénient jusque-là non découvert qui réduit sa sensibilité de détection 5mC.
« Ces résultats mettent en évidence les moyens par lesquels la détection directe de 5mC à partir de DM-Seq, plutôt que les méthodes de séquençage traditionnelles, pourrait faire progresser les efforts visant à utiliser le séquençage épigénétique à des fins pronostiques dans les soins contre le cancer », a déclaré Kohli.
Outre Kohli et Wang, d’autres auteurs de Penn comprenaient Johanna Fowler, Laura Liu, Christian Loo, Meiqi Luo, Emily Schutsky, Kiara Berríos, Jamie DeNizio, Saira Montermoso, Bianca Pingul, MacLean Nasrallah et Hao Wu.
La recherche a été soutenue par les National Institutes of Health (R01-HG10646).
