Des chercheurs de l’université de Harvard, du Centro Nacional de Análisis Genómico (CNAG) et du Center for Genomic Regulation (CRG), décrivent la première technologie capable de visualiser des centaines à potentiellement des milliers de génomes en même temps au microscope. La technologie image les génomes à moindre coût, plus rapidement et augmente la portée de la visibilité par rapport aux méthodes actuellement disponibles. La technique est décrite dans Méthodes de la nature.

Chaque cellule humaine a deux mètres de génome condensé en 10 microns dans le noyau cellulaire. Ce plan de vie se replie pour aider les gènes à entrer en contact physique avec d’autres gènes qui peuvent être situés assez loin le long du chromosome. Cette organisation tridimensionnelle est cruciale pour la fonction cellulaire, mais sa complexité et son dynamisme constant la rendent incroyablement difficile à visualiser. L’imagerie de plus d’une poignée de gènes en même temps a été impossible, limitant la capacité des chercheurs à caractériser le fonctionnement des génomes.

L’un des moyens les plus courants d’étudier le génome consiste à utiliser l’hybridation in situ par fluorescence (FISH), qui utilise des sondes fluorescentes pour marquer la présence ou l’absence de séquences d’ADN spécifiques sur les chromosomes. Les scientifiques ont fait des découvertes majeures telles que la façon dont les cellules se divisent grâce au FISH, et l’utilisent encore aujourd’hui pour des applications médicales ou l’identification d’espèces, entre autres applications.

Développée pour la première fois dans les années 1980, FISH est une technologie vieillissante qui ne permet de visualiser qu’une poignée de gènes à la fois. Depuis lors, de nouvelles méthodes ont été créées qui peuvent imager les génomes à haute résolution, mais cartographier un nombre très limité de régions ou de chromosomes à la fois.

Aujourd’hui, les auteurs d’une nouvelle étude dans Nature Methods décrivent OligoFISSEQ, une technologie utilisant de nouvelles méthodes de calcul qui surmonte ces limitations. Ils l’ont utilisé pour créer des cartes tridimensionnelles de 66 cibles génomiques sur six chromosomes dans des centaines de cellules, mettant en évidence le potentiel d’OligoFISSEQ à visualiser l’ensemble du génome à une résolution moléculaire hors de portée jusqu’à présent.

«Jusqu’à présent, voir un grand nombre de gènes différents en même temps au microscope était impossible», explique Marc A. Marti-Renom, co-auteur principal de l’étude et professeur ICREA au CNAG-CRG. «Nous avons combiné les technologies de séquençage existantes de manière intelligente afin de pouvoir voir des centaines de gènes en séquençant leurs cibles au microscope. Avant OligoFISSEQ, atteindre ce nombre de gènes en même temps était lent et coûteux. C’est comme passer d’une ligne téléphonique commutée à un Internet par fibre optique et payer 40 fois moins cher. »

Les chercheurs ont également testé OligoFISSEQ en cartographiant l’ensemble des 46 régions le long du chromosome X humain. La résolution plus élevée de la technologie a révélé de nouveaux modèles dans la façon dont le génome s’organise, y compris que la longueur du bras du chromosome n’est pas corrélée à son angle. Les chercheurs émettent l’hypothèse que cela peut être indicatif du type de cellule, de l’état cellulaire ou de la santé cellulaire ou de l’âge.

«La résolution offerte par OligoFISSEQ a un énorme potentiel pour apporter un éclairage nouveau sur des modèles que nous ne pouvions pas voir auparavant», conclut Marti-Renom. «En raison de la couverture qu’il offre pour étudier le génome, il est bien adapté pour repérer ce qui peut sembler être un changement mineur, apparemment sans conséquence dans une partie du noyau qui peut avoir un« effet papillon »ailleurs. Ce qui a peut-être été précédemment considéré comme aléatoire peut s’avérer être autre chose. C’est la puissance de cet outil. »

Référence: Nguyen et al. (2020). Cartographie 3D et imagerie à super-résolution accélérée du génome humain par séquençage in situ. Méthodes de la nature. DOI: https://doi.org/10.1038/s41592-020-0890-0.

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