Cherchant à en savoir plus sur le séquençage génomique sur les mutations de l’ADN et le cancer, les chercheurs ont appliqué une approche à lecture longue pour obtenir une vision génomique plus large.
Tout comme une lampe de poche projette un faisceau plus large que la bougie la plus brillante lorsqu’elle marche le long d’un sentier sombre, le séquençage génomique à lecture longue semble également clarifier une image génomique plus large des mutations de l’ADN que le séquençage à lecture courte.
Une nouvelle recherche de l’EMBL, publiée récemment dans Génomique cellulaireindique que le séquençage génomique à lecture longue peut révéler des schémas importants de réarrangement structurel chromosomique qui avaient auparavant échappé au séquençage à lecture courte plus prédominant utilisé dans la génomique du cancer.
Une collaboration co-dirigée par l’EMBL Heidelberg, le Centre allemand de recherche sur le cancer (DKFZ) et les chercheurs de l’EMBL-EBI ont appliqué de nouvelles technologies pour exploiter le séquençage à lecture longue d’une manière qui pourrait potentiellement être appliquée aux milieux cliniques.
Sommaire
Séquençage à lecture courte ou longue
Les scientifiques ont longtemps exploré les paysages mutationnels du cancer en utilisant principalement le séquençage génomique à lecture courte. La technologie de séquençage du génome à lecture courte a un débit élevé mais ne peut générer que de nombreux segments courts d’ADN, que les chercheurs assemblent ensuite pour identifier les mutations dans le génome à l’aide d’outils informatiques. Les chercheurs soupçonnaient cependant que cette approche laissait certains modèles de mutation non détectés. C’est pourquoi ils ont cherché de meilleures méthodes pour analyser les effets des variations structurelles somatiques (SSV) sur la fonction cellulaire. Ces SSV sont des réarrangements de grandes sections d’ADN (par exemple, des délétions, des duplications, etc.) qui sont connus pour être associés à la majorité des mutations cancérigènes.
De nouvelles méthodes de séquençage à lecture longue (comme Oxford Nanopore utilisé dans cette recherche EMBL) offrent potentiellement un moyen de mieux détecter les mutations dans les génomes du cancer. Le séquençage des nanopores permet aux chercheurs d’effectuer un séquençage en temps réel de longs fragments d’ADN ou d’ARN. Il fonctionne en surveillant les changements d’un courant électrique lorsque les acides nucléiques – les éléments constitutifs de l’ADN et de l’ARN – traversent un nanopore de protéine. Le signal résultant est décodé informatiquement pour donner la séquence d’ADN ou d’ARN spécifique.
L’équipement pour le séquençage à lecture longue est plus petit, plus rapide et peut lire des brins d’ADN plus longs par rapport au séquençage à lecture courte. Ainsi, comme un puzzle avec des pièces moins nombreuses et plus grosses, les séquences sont plus faciles à assembler. De plus, cela peut permettre aux chercheurs de comprendre les modifications de l’épigénome dans le cancer.
« Nous savions que nous n’obtenions pas une image complète, en utilisant un séquençage à lecture courte », a déclaré Tobias Rausch, bioinformaticien senior dans le groupe de recherche Korbel à l’EMBL Heidelberg et auteur principal sur le Génomique cellulaire papier. « La technologie est maintenant à un point où nous pouvons vraiment utiliser le séquençage à lecture longue et découvrir ce qui manquait. »
Comment identifier un modèle génomique non découvert auparavant
En utilisant des cellules d’un seul médulloblastome – une tumeur cérébrale primaire de l’enfant, collectées au moment du diagnostic et après le traitement, les chercheurs ont pu utiliser de nouvelles méthodes d’analyse de séquences à lecture longue pour identifier un nouveau schéma mutationnel conduisant au réarrangement de sections plus longues dans le génome, qu’ils ont ensuite pu confirmer dans d’autres types de cancer.
Dès le début, nous avons compris que le développement de méthodes devait être une partie essentielle de notre travail. Comment utiliser au mieux le séquençage à lecture longue en situation de génomique cancéreuse ? La livraison des méthodes était une partie importante de ce projet, et un certain nombre d’outils en sont sortis qui, espérons-le, seront utiles à la communauté au sens large.
Tobias Rausch, bioinformaticien senior, Korbel Research Group, EMBL Heidelberg
Cependant, au-delà de la méthodologie, les scientifiques ont également pu identifier et nommer un schéma assez complexe qui, selon eux, est lié à une forme particulière de mutation dans les génomes du cancer, en particulier dans le liposarcome, un cancer rare, mais parfois mortel, connu pour avoir souvent un génome très instable. Auparavant, ce modèle n’était pas détecté avec le séquençage à lecture courte.
« Il n’est pas trop surprenant de voir un schéma de mutations dans le séquençage génomique, mais le faire avec un seul échantillon, et que ce soit quelque chose que les gens n’avaient jamais vu auparavant, était assez frappant », a-t-il ajouté. a déclaré Jan Korbel, qui dirige le groupe de recherche EMBL dont Rausch fait partie. «Mais c’est aussi parce que le séquençage à lecture courte ne pouvait pas le reconstituer. Maintenant, nous sommes capables d’observer de tels réarrangements complexes et de voir réellement leur structure interne.
Une expertise importante grâce à la collaboration
Une partie importante du processus de recherche reposait sur la collaboration au sein de l’EMBL. Cela comprenait des collègues de GeneCore, qui fournit une partie du séquençage réel après s’être entretenu avec les collaborateurs pour sélectionner la bonne approche, ainsi que l’Institut européen de bioinformatique de l’EMBL à Hinxton, au Royaume-Uni, qui a fourni une expertise en matière de séquençage d’Oxford Nanopore.
Pour le groupe Korbel, une discussion avec des collègues de l’EMBL-EBI pour travailler ensemble sur ce projet a commencé il y a près de cinq ans, mais cela n’a pu se concrétiser que lorsque la technologie a suffisamment mûri pour qu’ils puissent mettre en œuvre leur vision scientifique avec cette approche à long terme et les suivantes outils d’analyse.
« Le séquençage à lecture longue offre une nouvelle façon de voir les informations sur le génome – à la fois dans la variation structurelle et les modifications de l’ADN telles que la méthylation », a déclaré Ewan Birney*, directeur général adjoint de l’EMBL, co-directeur de l’EMBL-EBI et l’un des chefs de groupe de recherche collaborant à ce projet. « C’est merveilleux de voir ce nouveau processus de mutation éclairé par cette nouvelle technologie. »
De même, l’engagement avec DKFZ a non seulement aidé à obtenir des échantillons de tissus, mais a également apporté des informations biologiques importantes sur le travail.
Sur l’horizon
Après avoir identifié un modèle mutationnel mais dans un seul échantillon, les chercheurs réalisent la nécessité d’études de suivi avec des cohortes plus importantes pour mieux comprendre le modèle et déterminer s’il est cliniquement pertinent. À l’heure actuelle, très peu d’échantillons sont étudiés avec le séquençage génomique à lecture longue.
« Il y a vraiment beaucoup d’enthousiasme maintenant pour le séquençage à lecture longue », dit Korbel. «Nous avons déjà prévu de poursuivre notre travail à plus grande échelle, et avec ce travail, nous nous appuierons à nouveau sur les collaborations que nous avons commencées – dont certaines testent maintenant des moyens d’appliquer ce séquençage à lecture longue dans le cadre clinique, où, en général, les patients ont tendance à avoir des taux de survie plus élevés lorsque le séquençage a été impliqué.
*Note: Ewan Birney est consultant de longue date pour Oxford Nanopore et actionnaire.
