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Une méthode nouvelle génération pour scruter la réplication de l’ADN grâce à une analyse en « molécule unique »

Elsa Champion
09/07/2021
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Le bon déroulement de la réplication est primordial pour maintenir l’intégrité du génome. A l’Institut Curie, une toute nouvelle méthode de « cartographie optique de la réplication » vient d’être mise au point par l’équipe menée par Chunlong Chen « Programme de réplication et instabilité du génome » dans le cadre d’une collaboration internationale.
Chunlong Chen

Les chercheurs sont désormais capables de visualiser de manière très précise et fiable les sites d’initiation de la réplication. Publiés dans Molecular Cell, ces résultats ouvrent des perspectives pour mieux comprendre les phénomènes pathologiques, en particulier les cancers, qui peuvent survenir lorsque le processus de réplication dysfonctionne.

 

Chunlong Chen

 

Cartographie des événements d'initiation précoces de la réplication dans les cellules humaines grâce à une approche à haut débit en molécule unique, appelée Cartographie optique de la réplication (ORM). Cette méthode combine l'approche de Bionano Genomics pour cartographier les longues molécules d'ADN individuellement avec le marquage par impulsion de nucléotides fluorescents in vivo (rouge).

 

La réplication est le processus biologique qui permet – au niveau des chromosomes - la production à l’identique de nouvelles molécules d’ADN à chaque division cellulaire. Dans les cellules humaines, la réplication démarre en différents points d’initiation dans le génome sans que les règles qui régissent l’emplacement, l’efficacité et la période d’activation du démarrage de la réplication soient connues.

Aujourd’hui, les chercheurs de l’Institut Curie, dans le cadre d’une collaboration internationale et multidisciplinaire (rassemblant des équipes aux États Unis et au Canada), franchissent un pas important vers la compréhension des paramètres spatiaux et temporels de cette réplication du génome humain grâce au développement d’une méthode inédite de cartographie optique (optical replication mapping, ORM). En associant la cartographie à haut débit de longues molécules d’ADN individuellement (approche « molécule-unique » de Bionano Genomics) avec le marquage de nucléotides par fluorescence, les scientifiques sont désormais capables d’analyser individuellement les molécules d’ADN et d’identifier les sites d’initiation de la réplication.

 

Notre technologie, unique au monde, nous donne une précision jamais atteinte : nous obtenons des données sur 27 millions de fibres d’ADN ultra-longues chacune, couvrant près de 2 500 fois le génome humain. Nous sommes désormais capables de recueillir des informations extrêmement précises et fiables pour identifier les sites d’initiation de la réplication à l’échelle du génome, grâce à une analyse en molécule unique

,s’enthousiasme Chunlong Chen, chercheur au CNRS, chef d’équipe à l’Institut Curie.

 

Les premiers résultats révèlent que l'initiation de la réplication se fait de manière hétérogène dans le génome. De plus, en considérant l’ensemble des cellules analysées, les chercheurs ont constaté qu’une zone d’initiation donnée n’est active que dans 20 % des cellules (inactive dans 80 % des cellules) ; mettant en évidence une efficacité d’activation faible. Contrairement au dogme précédemment établi, les origines de réplication ne sont pas groupées : leur distribution est aléatoire, confirmant une caractéristique fondamentale de la réplication eucaryote, conservée de la levure à l'homme. Ces travaux sur le programme de réplication permettront de mieux appréhender sa dynamique et comment sa dérégulation contribue à de nombreuses pathologies, tels que des cancers ou d’autres maladies génétiques.

 

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Cartographie des événements d'initiation précoce dans les cellules humaines grâce à une approche à haut débit en molécule unique, appelée Cartographie optique de la réplication (ORM). Cette méthode combine l'approche de Bionano Genomics pour cartographier les longues molécules d'ADN individuelles (étiquettes bleu et vertes) avec le marquage par impulsion de nucléotides fluorescents in vivo (rouge).

Référence: Genome-wide mapping of human DNA replication by optical replication mapping supports a stochastic model of eukaryotic replication. Weitao Wang; Kyle N.Klein; Karel Proesmans; Hongbo Yang; Claire Marchal; Xiaopeng Zhu; Tyler Borrman; Alex Hastie; Zhiping Weng; John Bechhoefer#, Chun-Long Chen#; David M. Gilbert#; Nicholas Rhind#. Molecular Cell, juin 2021. https://doi.org/10.1016/j.molcel.2021.05.024