Les chercheurs ont développé une nouvelle étiquette fluorescente qui donne une image plus claire de la façon dont l’architecture de l’ADN est perturbée dans les cellules cancéreuses. Les résultats pourraient améliorer les diagnostics de cancer pour les patients et la classification du risque futur de cancer.
Publié aujourd’hui dans Avancées scientifiquesl’étude a révélé que le colorant de liaison à l’ADN fonctionnait bien dans les échantillons de tissus cliniques traités et générait des images de haute qualité via la microscopie à fluorescence à super résolution.
Mon laboratoire se concentre sur le développement de techniques de microscopie pour visualiser l’invisible. Nous sommes l’un des premiers groupes à explorer les capacités de la microscopie à superrésolution dans le domaine clinique. Auparavant, nous avons amélioré son débit et sa robustesse pour l’analyse d’échantillons cliniques de cancer. Maintenant, nous avons un colorant ADN facile à utiliser, qui résout un autre gros problème en apportant cette technologie aux soins des patients. »
Yang Liu, Ph.D., auteur principal, professeur agrégé de médecine et de bio-ingénierie, Université de Pittsburgh
À l’intérieur du noyau de la cellule, des brins d’ADN sont enroulés autour de protéines comme des perles sur une ficelle. Les pathologistes utilisent régulièrement des microscopes optiques traditionnels pour visualiser la perturbation de ce complexe ADN-protéine, ou chromatine, en tant que marqueur de cancer ou de lésions précancéreuses.
« Bien que nous sachions que la chromatine est modifiée à l’échelle moléculaire au cours du développement du cancer, nous n’avons pas été en mesure de voir clairement quels sont ces changements. Cela me dérange depuis plus de 10 ans », a déclaré Liu, qui est également membre de le Centre de lutte contre le cancer UPMC Hillman. « Pour améliorer le diagnostic du cancer, nous avons besoin d’outils pour visualiser la structure nucléaire à une résolution beaucoup plus grande. »
En 2014, l’invention de la microscopie à fluorescence à superrésolution, lauréate du prix Nobel, a été une étape majeure vers la concrétisation de la vision de Liu. Une molécule d’intérêt est marquée avec un colorant fluorescent spécial qui s’allume et s’éteint comme une étoile clignotante. Contrairement à la microscopie à fluorescence traditionnelle, qui utilise des étiquettes qui brillent constamment, cette approche consiste à n’allumer qu’un sous-ensemble d’étiquettes à chaque instant. Lorsque plusieurs images sont superposées, l’image complète peut être reconstituée – ; à une résolution beaucoup plus élevée qu’auparavant.
Jusqu’à présent, le problème était que les colorants fluorescents ne fonctionnaient pas bien sur l’ADN ou dans les échantillons cliniques de cancer traités. Ainsi, Liu et son équipe ont formulé une nouvelle étiquette appelée Hoechst-Cy5 en combinant la molécule de liaison à l’ADN Cy5 et un colorant fluorescent appelé Hoechst avec des propriétés de clignotement idéales pour la microscopie à superrésolution.
Après avoir montré que le nouveau marqueur produisait des images à plus haute résolution que les autres colorants, les chercheurs ont comparé des tissus colorectaux provenant de lésions normales, précancéreuses et cancéreuses. Dans les cellules normales, la chromatine est dense, en particulier sur les bords du noyau. L’ADN condensé brille vivement car une densité plus élevée de marqueurs émet un signal plus fort, tandis que la chromatine faiblement tassée produit un signal plus faible.
Les images montrent qu’à mesure que le cancer progresse, la chromatine devient moins dense et la structure compacte à la frontière nucléaire est gravement perturbée. Bien que ces découvertes indiquent que la nouvelle étiquette peut distinguer les tissus normaux des lésions précancéreuses et cancéreuses, Liu a déclaré qu’il est peu probable que la microscopie à superrésolution remplace les microscopes traditionnels pour de tels diagnostics cliniques de routine. Au lieu de cela, cette technologie pourrait briller dans la stratification des risques.
« Les lésions à un stade précoce peuvent avoir des résultats cliniques très différents », a déclaré Liu. « Certaines personnes développent un cancer très rapidement, d’autres restent longtemps au stade précurseur. La stratification du risque de cancer est un enjeu majeur de la prévention du cancer. »
Pour voir si la structure de la chromatine pouvait contenir des indices sur le risque futur de cancer, Liu et son équipe ont évalué des patients atteints du syndrome de Lynch, une maladie héréditaire qui augmente le risque de plusieurs types de cancer, dont le cancer du côlon. Ils ont examiné les tissus colorectaux non cancéreux de personnes en bonne santé sans syndrome de Lynch et de patients de Lynch avec ou sans antécédents personnels de cancer.
Les différences étaient frappantes. Chez les patients de Lynch qui avaient auparavant un cancer du côlon, la chromatine était beaucoup moins condensée que dans les échantillons sains, ce qui suggère que la perturbation de la chromatine pourrait être un signe précoce de développement du cancer – ; même dans des tissus qui semblent tout à fait normaux pour les pathologistes.
Pour les patients de Lynch sans antécédents personnels de cancer, certains développeront un cancer, tandis que d’autres ne le feront pas.
« Nous constatons une propagation beaucoup plus importante dans ce groupe, ce qui est très intéressant », a déclaré Liu. « Certains patients ressemblent à des témoins sains, et certains sont plus proches des patients de Lynch qui ont déjà eu un cancer. Nous pensons que les patients avec une chromatine plus ouverte sont ceux qui sont les plus susceptibles de développer un cancer. Nous devons suivre ces patients au fil du temps pour mesurer les résultats, mais nous sommes assez excités que la perturbation de la chromatine dans les cellules normales puisse potentiellement prédire le risque de cancer. »
Dans les travaux futurs, Liu et son équipe s’intéressent à l’examen de la structure de la chromatine dans le tissu endométrial des patientes de Lynch, qui présentent également un risque élevé de cancer de l’endomètre. Les chercheurs ont également reçu récemment des fonds pour examiner des échantillons d’expectorations de fumeurs pour la détection précoce du cancer du poumon.
