Un nouvel outil pour étudier les interactions complexes du génome
"J'étais très enthousiaste de voir que nous avions découvert un effet très fort"
La cartographie de l'architecture du génome permet de saisir des interactions complexes et multidirectionnelles dans le génome. C'est une différence par rapport à la technique de base de la génomique 3D, qui permet d'observer principalement des contacts bidirectionnels, selon une nouvelle étude réalisée par une équipe dirigée par Ana Pombo du Centre Max Delbrück et publiée dans "Nature Methods".
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Les personnes qui possédaient des téléviseurs noir et blanc jusqu'aux années 1980 ne savaient pas ce qu'elles manquaient avant d'acquérir un téléviseur couleur. Des chercheurs de l'Institut berlinois de biologie des systèmes médicaux du Centre Max Delbrück (MDC-BIMSB) ont mis au point une technique appelée "cartographie de l'architecture du génome" ("GAM") qui permet de pénétrer dans le génome et de le voir en technicolor. La GAM révèle des informations sur l'architecture spatiale du génome qui sont invisibles pour les scientifiques utilisant uniquement le Hi-C, un outil de travail développé en 2009 pour étudier les interactions de l'ADN, rapporte une nouvelle étude du laboratoire Pombo dans "Nature Methods".
"Avec une télévision en noir et blanc, vous pouvez voir les formes, mais tout semble gris", explique le professeur Ana Pombo, biologiste moléculaire et directrice du laboratoire Régulation épigénétique et architecture de la chromatine. "Mais si vous avez une télévision couleur et que vous regardez des fleurs, vous vous rendez compte qu'elles sont rouges, jaunes et blanches et que nous n'en étions pas conscients. De même, la façon dont le génome est plié en trois dimensions contient des informations dont nous n'étions pas conscients".
La compréhension de l'organisation de l'ADN peut révéler les fondements de la santé et de la maladie. Nos cellules renferment un génome de 2 mètres de long dans un noyau d'environ 10 micromètres de diamètre. Cet empaquetage est fait avec précision pour que l'ADN régulateur entre en contact avec les bons gènes au bon moment et les active ou les désactive. Des modifications de la configuration tridimensionnelle peuvent perturber ce processus et provoquer des maladies.
"Nous savons depuis longtemps que les maladies sont familiales", explique le Dr Robert Beagrie, coauteur de l'étude et biologiste moléculaire à l'université d'Oxford, qui travaillait auparavant au laboratoire de Pombo. "Plus récemment, nous avons compris qu'une grande partie de cette prédisposition est due au fait que nous héritons de nos parents des variantes de séquences d'ADN qui affectent la façon dont nos gènes sont activés et désactivés".
Le GAM fournit des informations plus complexes
Des techniques telles que Hi-C et GAM permettent aux scientifiques de figer et d'étudier les interactions entre les séquences régulatrices et les gènes. Dans la technique Hi-C, la chromatine est coupée en morceaux à l'aide d'enzymes, puis recollée de telle sorte que les interactions bidirectionnelles de l'ADN sont révélées lors du séquençage. Dans la GAM, décrite pour la première fois par l'équipe de Pombo dans "Nature" en 2017, les scientifiques prélèvent des centaines de fines tranches de noyaux, chacune provenant d'une cellule individuelle, et en extraient l'ADN. Ils séquencent l'ADN et analysent statistiquement les données pour savoir quelles régions interagissent.
La combinaison des nouvelles données GAM, ainsi que des puissants modèles informatiques et statistiques développés par l'équipe, permet d'accéder à des informations plus approfondies sur la manière dont notre génome est organisé et régulé. "De cette manière, nous pouvons calculer la probabilité que, dans une seule cellule, un ensemble donné de sites ADN, tels qu'une paire, un triplet, etc., se réunissent à partir de grandes distances génomiques", explique le professeur Mario Nicodemi, physicien coauteur de l'article à l'université de Naples "Federico II" et professeur invité du BIH Einstein au Max Delbrück Center.
En utilisant cette technique, l'équipe a créé une carte des interactions tridimensionnelles. Lorsqu'ils l'ont comparée aux cartes 3D existantes du génome créées à l'aide de Hi-C, ils ont découvert de nombreuses nouvelles interactions. Cela les a laissés perplexes jusqu'à ce qu'ils réalisent qu'ils voyaient des interactions plus complexes en utilisant la GAM, avec plusieurs régions d'ADN qui se rencontrent en même temps. "Ces contacts plus complexes contiennent des gènes actifs, des régions régulatrices et des super enhancers, qui régulent des gènes importants déterminant l'identité cellulaire", explique Christoph Thieme, coauteur de l'étude et chercheur postdoctoral principal dans le laboratoire de Pombo.
En comparaison, le Hi-C a capturé principalement des interactions bidirectionnelles. Les deux techniques sont complémentaires, puisque deux contacts sur trois détectés par GAM n'étaient pas visibles avec Hi-C - et vice-versa.
"J'ai été très enthousiaste de voir que nous avions découvert un effet vraiment important", déclare M. Beagrie. "Il est clair que ces interactions complexes sont beaucoup plus courantes que nous ne l'avions imaginé.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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