Les chercheurs de Cornell ont découvert qu'une nouvelle technologie de séquençage de l'ADN pouvait être utilisée pour étudier la manière dont les transposons se déplacent dans le génome et se lient à celui-ci. Les transposons jouent un rôle essentiel dans la réponse immunitaire, la fonction neurologique et l'évolution génétique, et les implications de cette découverte incluent les progrès agricoles et la compréhension du développement et du traitement des maladies.
Dans un article publié le 21 novembre dans iScienceauteur principal Patrick Murphy, Ph.D. '13, professeur agrégé de biologie moléculaire et de génétique au Collège d'agriculture et des sciences de la vie, et ses co-auteurs démontrent qu'une technique de cartographie du génome à haute résolution appelée CUT&Tag peut surmonter les lacunes des méthodes de séquençage existantes pour permettre l'étude des transposons. Autrefois qualifiés d'« ADN indésirable », les transposons représentent la moitié du génome humain et descendent d'anciens virus rencontrés par nos ancêtres évolutionnistes.
Si vous survivez à une infection virale, le virus devient dormant, mais son ADN reste en place. Si cet ADN pénètre dans un spermatozoïde ou un ovule, il peut alors être transmis à la génération suivante et à tous ses descendants. Ce processus s'est produit des milliers et des milliers de fois au cours de l'histoire de l'évolution. Cet ancien ADN viral – les transposons – n’est pas simplement un déchet qui prend de la place dans notre génome. Il est devenu une partie intégrante de notre génome qui nous aide, ainsi que d’autres organismes, à fonctionner. »
Patrick Murphy, Ph.D. '13, professeur agrégé de biologie moléculaire et de génétique, Collège d'agriculture et des sciences de la vie
Les transposons ont été découverts pour la première fois à la fin des années 1940 dans le maïs par Barbara McClintock, promotion 1923, MA 1925, Ph.D. 1927 – travaux qui lui valent le prix Nobel de physiologie ou médecine en 1983. Chez l'homme, lorsque les transposons « sautent » dans différentes positions du génome, ils créent une mutation génétique qui peut causer des dommages, accorder une protection ou conduire à un changement évolutif.
Par exemple, les mutations induites par les transposons peuvent provoquer des maladies, notamment l’hémophilie et certains cancers. Ils peuvent également offrir une protection contre certaines infections modernes. Dès les premiers stades du développement humain, certains transposons activent et permettent la création de cellules souches. Ils sont également actifs dans le développement placentaire, qui a permis l’évolution des mammifères.
Pour autant que l'on en sache sur les transposons, beaucoup plus reste un mystère, a déclaré Murphy. En effet, les méthodes standard utilisées depuis des décennies pour étudier le matériel génétique impliquent de briser les cellules ouvertes et de séparer le liquide des matériaux solides. Les scientifiques ont étudié la partie liquide et ont en grande partie jeté le solide, car il n'existait aucun moyen de l'étudier (d'où le surnom d'« ADN indésirable » attribué dans les années 1970).
« Notre étude révèle que la partie solide est l'endroit où se trouvent tous les transposons », a déclaré Murphy.
CUT&Tag a été introduit par des chercheurs du Fred Hutchinson Cancer Research Center à Seattle en 2019 comme moyen d'étudier les chromatines – l'ADN et les protéines qui forment les chromosomes. Dans leur article iScience, les chercheurs de Cornell ont découvert que CUT&Tag permet également une nouvelle exploration de la moitié du génome humain, riche en transposons. Les possibilités d'impact appliqué de cette découverte fondamentale sont énormes, a déclaré Murphy.
Par exemple, certaines thérapies contre le cancer agissent en activant les transposons dans le génome, ce qui incite le système immunitaire à attaquer le cancer. Une meilleure compréhension de ces mécanismes pourrait conduire à des thérapies plus ciblées.
« Grâce à ces nouvelles méthodes et technologies, je pense que dans les cinq à dix prochaines années, nous allons entrer dans un âge d'or où nous commencerons à vraiment comprendre comment fonctionnent les transposons et s'ils peuvent être exploités dans des domaines tels que la thérapie clinique, le traitement de la fertilité et la compréhension du développement de l'organisme », a déclaré Murphy. « C'est tellement fondamental ; cela va avoir des impacts considérables sur l'agriculture, les plantes, les micro-organismes, les humains, les maladies, les études de spéciation et bien d'autres. »
Le premier auteur de l'article est Brandon Park, ancien doctorant au laboratoire de Murphy à l'Université de Rochester (Murphy a déménagé à Cornell cette année). Les autres co-auteurs de Cornell sont : Shan Hua, associé postdoctoral dans le laboratoire de Murphy ; la chercheuse Karli Casler ; et Kristin Murphy, Ph.D. '13, associé de recherche principal au Collège de médecine vétérinaire. D'autres co-auteurs proviennent du laboratoire de Mitchell O'Connell, professeur agrégé à l'Université de Rochester.
La recherche a été soutenue par les National Institutes of Health.
