Qui n'a jamais vu une image de chromosomes, ces structures contenant toute notre information génétique ? Ils sont généralement représentés sous forme de petits bâtonnets, formant de beaux X.

Mais la réalité est que les chromosomes n'adoptent cette forme que pour de très courtes périodes de temps, juste avant la division cellulaire. A quoi ressemblent nos chromosomes le reste du temps ? Des techniques d'imagerie existent, mais la résolution laisse à désirer.

En effet, l'image obtenue ne correspond pas à la structure du chromosome pour une cellule donnée, mais à une structure type obtenue à partir des données provenant de plusieurs millions de cellules.

Dans le cadre d'une collaboration internationale avec l'équipe du docteur Peter Fraser de l'Institut Babraham (Royaume-Uni), le laboratoire du professeur Amos Tanay de l'Institut Weizmann (Israël) a mis au point une technique permettant de visualiser la structure des chromosomes à partir d'une seule cellule.

Cette méthode révolutionnaire a été publiée dans l'une des revues scientifiques les plus renomméss internationalement, Nature.

Présentation de la méthode 3c

La méthode utilisée classiquement pour déterminer la structure d'un chromosome, en dehors de la période précédant la division cellulaire, est la méthode 3c, pour "Capture de la Conformation du Chromosome". Cette méthode est basée sur la proximité entre les loci sur le chromosome.

Les loci (pluriel de locus) sont des morceaux d'ADN toujours présents à un endroit déterminé du génome. Il peut s'agir de gènes mais également de régions non codantes de l'ADN.

Le principe de la méthode 3c est simple : les portions d'ADN situées à proximité l'une de l'autre sont d'abord liées ensemble grâce à l'addition de formaldéhyde. Un processus de digestion est ensuite effectué pour ne conserver que les zones d'intérêts.

Une série de prétraitements est alors appliquée à ces fragments d'ADN. La quantification des résultats s'effectue soit grâce à une PCR suivie d'une détection sur gel d'agarose ou en utilisant une PCR quantitative.

La PCR ou réaction en chaîne par polymérase (polymerase chain reaction) est une technique d'amplification moléculaire (augmentant la quantité d'une certaine molécule dans un échantillon).

L'électrophorèse sur gel d'agarose permet de séparer les fragments d'ADN en fonction de leur poids moléculaire et donc d'estimer grâce à cette donnée à quels loci ils correspondent. La PCR quantitative permet quant à elle d'effectuer des mesures quantitatives en même temps qu'une PCR. En utilisant les résultats obtenus sur des millions de cellules, la méthode 3c permet de reconstruire la structure chromosomique.

La méthode Hi-c : une amélioration du 3c

La méthode Hi-c sur une seule cellule, qui constitue le sujet de cette brève, correspond à une amélioration de la technique 3c. L'avancée se situe à deux niveaux : au niveau du protocole expérimental et au niveau de l'analyse statistique des résultats.

Au niveau du protocole expérimental, l'étape quantitative (PCR + électrophorèse sur gel d'agarose ou PCR quantitative) utilise maintenant les avancées en matière de séquençage à haut débit.

Cette prouesse technique a été réalisée par l'équipe du docteur Peter Fraser de l'Institut Babraham (Royaume-Uni). L'énorme quantité de données générées par une telle méthode nécessite l'utilisation d'outils statistiques avancés afin de reconstruire la structure chromosomique.

Cette importante partie du travail a été effectuée par le professeur Amos Tanay de l'Institut Weizmann (Israël). Ces avancées, au niveau expérimental et au niveau de l'analyse statistique des résultats, permettent la reconstruction de la structure chromosomique en utilisant une seule cellule, contre plusieurs millions pour le protocole 3c.

Mise en évidence d'une variabilité inter-cellulaire

Les chercheurs ont appliqué cette technique à de nombreuses cellules. Les résultats obtenus ont montré que la structure chromosomique était globalement conservée d'une cellule à l'autre, mais qu'il existe néanmoins une forte variabilité inter-cellulaire.

La structure chromosomique semble dépendre de l'activité génique de la cellule. En effet, les gènes présentant un important taux d'activité semble se positionner à la périphérie de la structure chromosomique tandis que les gènes peu ou non exprimés se situent au centre.

Cette méthode présente de nombreuses possibilités d'application. Elle permet en effet de relier structure cellulaire et activité génétique et représente donc un outil puissant pour la recherche en génétique.

Elle pourrait par exemple aider à la détermination de la variabilité dans l'activité génétique entre cellules saines mais également entre cellules saines et cellules cancéreuses. Cette technique pourrait également aboutir à une meilleure compréhension des mécanismes conduisant à la quiescence (phase de repos) ou à l'activité des gènes. 

Source: bulletins-electroniques