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BE Etats-Unis 317  >>  25/01/2013

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Sciences de la vie
Le séquençage à l'échelle de la cellule unique

http://www.bulletins-electroniques.com/actualites/72100.htm

Les techniques de séquençage, qui ont grandement évolué ces dernières années [1], ont permis de nombreuses découvertes et avancées biologiques. Jusqu'à maintenant, des millions de cellules étaient nécessaires pour obtenir assez d'ADN et permettre le séquençage. Cependant, depuis quelques années, les biologistes cherchent à mettre au point de nouvelles techniques afin de séquencer l'ADN d'une cellule unique, un véritable défi ! Il leur faut développer de nouvelles méthodes de purification cellulaire, de séquençage et d'analyse des données. A l'aide de ces outils, les chercheurs pourront travailler sur les causes de l'hétérogénéité cellulaire, son impact sur le développement, l'apparition de cancers...

L'amplification de l'ADN : une étape clé pour obtenir une séquence complète du génome

Après purification cellulaire, l'amplification de l'ADN est une étape cruciale pour le séquençage de l'ADN génomique complet d'une cellule unique. En effet, il est impossible de séquencer un génome avec une quantité d'ADN aussi faible que celle obtenue dans une seule cellule. Pour cela, les chercheurs utilisent des techniques d'amplification du génome, mais ces méthodes présentent en général un biais dans l'amplification : certaines régions du génome sont plus copiées lors de l'amplification, rendant d'autres zones indétectables au séquençage. Ces techniques permettent de couvrir en moyenne 40% du génome [2].

En décembre dernier, l'équipe du professeur Sunney Xie de l’université de Harvard a présenté dans le journal Science une nouvelle méthode d'amplification de l'ADN [3]. Cette technique, appelée MALBAC - multiple annealing and looping-based amplification cycles - permet ainsi de lire, après séquençage, 93% du génome de la cellule.

Dans cette méthode, l'amplification de l'ADN isolé d'une cellule est initiée à l'aide d'amorces aléatoires. Ces amorces sont formées de 8 nucléotides [4] (dont la séquence est variable) qui vont se fixer sur l'ADN de la cellule, associés à 27 nucléotides (dont la séquence est identique pour chaque amorces). A l'aide d'une polymérase [5], des amplicons [6] partiels sont produits (Figure 1, étape A). Lors du cycle suivant, ces amplicons partiels vont à leur tour servir de support aux amorces et permettre la formation d'amplicons complets (Figure 1, étape B). Ces amplicons complets possèdent à chacune de leurs extrémités des séquences complémentaires, grâce à la présence des 27 nucléotides dans les amorces. Ils vont alors former une boucle et ne serviront plus de support aux amorces lors des prochains cycles (Figure 1, étape C), limitant ainsi le biais d'amplification.

Malgré la grande amélioration apportée par cette technique, un tiers des variations de nucléotides ne sont toujours pas détectées suite au séquençage.


Figure 1 : la méthode MALBAC - multiple annealing and looping-based amplification cycles
Crédits : MS&T

Quelles applications ?

Ces nouvelles données apportées par le séquençage de cellules uniques promettent de belles avancées dans des domaines tels que le cancer, le développement, l'étude de la recombinaison dans les cellules sexuelles, ou encore en neurologie [7]. Nicholas Navin (MD Anderson Cancer Center, University of Texas) a pu identifier dans une tumeur du sein 3 populations majeures de cellules ayant émergées d'une population tumorale initiale à différents moments de la croissance de la tumeur, suggérant l'existence de période courtes durant lesquelles les réarrangements chromosomiques se produisent en masse. Ces travaux ont été réalisés en 2011, alors que la technique était encore hésitante et ne permettait de séquencer que 10% du génome [8]. D'autres, comme Adam Auton (Albert Einstein College of Medicine), utilisent cette technique sur les spermatozoïdes afin d'étudier les processus de recombinaison dans les cellules germinales. Cette technique sera aussi très utile lorsque très peu de matériel génétique est disponible, comme par exemple lors d'un test prénatal, de l'analyse de cellules cancéreuses circulantes ou encore pour l'analyse d'échantillons en médecine légale.

Ces techniques sont encore en plein développement. Le NIH a annoncé en octobre dernier qu'il soutiendrait les études à l'échelle de la cellule unique à hauteur de 90 millions de dollars sur 5 ans [9] à travers le "Single Cell Analysis Program" [10]. Et, au vu des travaux présentés lors du congrès "the biology of genomes" organisé à Cold Spring Harbor mai 2012, de nombreuses études devraient être publiées ces prochains mois [11].

--

[4] nucléotide : molécule de base des acides nucléiques

[5] polymérase : Enzyme qui catalyse l'enchaînement des nucléotides lors de la synthèse des acides nucléiques

[6] amplicon : portion d'ADN résultant de l'amplification

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Pour en savoir plus, contacts :

- [1] Séquençage de l'ADN : les dernières (r)évolutions ! [partie 1/2], http://www.bulletins-electroniques.com/actualites/69283.htm
- [2] Method offers DNA blueprint of a single human cell, Monya Baker, Nature News, http://redirectix.bulletins-electroniques.com/Sey47
- [7] Genomics: The single life. Owens B. Nature. 2012 Nov 1;491(7422):27-9
- [10] Single Cell Analysis Program description, http://commonfund.nih.gov/singlecell/index.aspx
- [11] The biology of genomes. Single-cell sequencing tackles basic and biomedical questions. Science. 2012 May 25;336(6084):976-7.

Code brève
ADIT :
72100

Sources :

- [3] Genome-wide detection of single-nucleotide and copy-number variations of a single human cell. Zong C, Lu S, Chapman AR, Xie XS. Science. 2012 Dec 21;338(6114):1622-6
- [8] Tumour evolution inferred by single-cell sequencing. Navin N, Kendall J, Troge J, Andrews P, et al. Nature. 2011 Apr 7;472(7341):90-4
- [9] NIH Common Fund announces awards for Single Cell Analysis, http://www.nih.gov/news/health/oct2012/nibib-15.htm

Rédacteurs :

- Juliane Halftermeyer, deputy-sdv.at@ambascience-usa.org ;
- Retrouvez toutes nos activités sur http://france-science.org.

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Origine :

BE Etats-Unis numéro 317 (25/01/2013) - Ambassade de France aux Etats-Unis / ADIT - http://www.bulletins-electroniques.com/actualites/72100.htm
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