Une nouvelle technique utilise le séquençage à haut débit pour obtenir des images ultra-haute résolution de l’expression des gènes

Les quelque 30 000 gènes qui composent le génome humain contiennent les instructions indispensables à la vie. Pourtant, chacune de nos cellules n’exprime qu’un sous-ensemble de ces gènes dans leur fonctionnement quotidien. La différence entre une cellule cardiaque et une cellule hépatique, par exemple, est déterminée par les gènes qui sont exprimés – et l’expression correcte des gènes peut faire la différence entre la santé et la maladie.

Jusqu’à récemment, les chercheurs étudiant les gènes sous-jacents à la maladie étaient limités car les techniques d’imagerie traditionnelles ne permettent d’étudier qu’une poignée de gènes à la fois.

Une nouvelle technique développée par Jun Hee Lee, Ph.D., et son équipe à l’Université du Michigan Medical School, qui fait partie de Michigan Medicine, utilise le séquençage à haut débit, au lieu d’un microscope, pour obtenir des images ultra-haute résolution de expression génique à partir d’une lame de tissu.

La technologie, qu’ils appellent Seq-Scope, permet à un chercheur de voir chaque gène exprimé, ainsi que des cellules individuelles et des structures au sein de ces cellules, à une résolution incroyablement élevée : 0,6 micromètre ou 66 fois plus petit qu’un cheveu humain – battant les méthodes actuelles en plusieurs ordres de grandeur.

Chaque fois qu’un pathologiste prélève un échantillon de tissu, il le colore et l’examine au microscope – c’est ainsi qu’il diagnostique la maladie. Au lieu de faire cela, avec notre nouvelle méthode, nous avons créé un micro-dispositif que vous pouvez superposer avec un échantillon de tissu et séquencer tout ce qu’il contient avec un code-barres avec des coordonnées spatiales. »

Jun Hee Lee, Ph.D., AProfesseur agrégé, Département de physiologie moléculaire et intégrative

Chaque soi-disant code à barres est composé d’une séquence de nucléotides – le motif de A, T, G, un C – trouvé dans l’ADN. À l’aide de ces codes-barres, un ordinateur est capable de localiser chaque gène dans un échantillon de tissu, créant ainsi une base de données de type Google de tous les ARNm transcrits à partir du génome.

« Les gens ont essayé de le faire avec d’autres méthodes, telles que la micro-impression, les microbilles ou les dispositifs microfluidiques, mais en raison de limitations technologiques, leur résolution a été d’une distance de 20 à 100 micromètres. À cette résolution, vous ne pouvez pas vraiment voir le niveau de détails nécessaires pour diagnostiquer les maladies », a déclaré Lee.

Lee ajoute que la technologie a le potentiel de créer un moyen systématique impartial d’analyser les gènes.

« Chaque fois que nous faisons de la science, nous devions faire une hypothèse sur le rôle de deux ou trois gènes, mais maintenant nous avons des données à l’échelle du génome à l’échelle microscopique et beaucoup plus de connaissances sur ce qui se passe à l’intérieur du tissu de ce patient ou de cet animal modèle. « 

Cette connaissance pourrait être utilisée pour comprendre pourquoi certains patients réagissent à certains médicaments alors que d’autres ne le font pas, a déclaré Lee.

L’équipe a démontré l’efficacité de la technique en utilisant des cellules hépatiques normales et malades, identifiant avec succès les cellules hépatiques mourantes, les cellules immunitaires enflammées environnantes et les cellules hépatiques avec une expression génétique altérée.

« Cette technologie a en fait montré de nombreuses caractéristiques pathologiques connues que les gens ont déjà découvertes, mais aussi de nombreux gènes qui sont régulés d’une manière nouvelle qui n’était pas reconnue auparavant », a déclaré Lee. « La technologie Seq-Scope, combinée à d’autres techniques de séquençage d’ARN à cellule unique, pourrait accélérer les découvertes scientifiques et pourrait conduire à un nouveau paradigme dans le diagnostic moléculaire. »