• Par Sara Ryding, B.Sc.Reviewed by Deepthi Sathyajith, M.Pharm.

  Le séquençage au bisulfite du génome entier, ou WGBS, est une technique de séquençage de nouvelle génération pour analyser la méthylation de l’ADN.

  Crédit image : Egorov Artem /

  La méthylation de l’ADN est un mécanisme épigénétique de régulation de l’expression des gènes et consiste à ajouter un groupe méthyle à une base cytosine. Des schémas de méthylation anormaux ont été associés à plusieurs conditions et maladies, comme le cancer. Depuis le développement du WGBS, il a été appliqué pour étudier la reprogrammation épigénétique, les signatures épigénétiques, et autres.

  Méthodologie de base

  Le WGBS combine l’utilisation du traitement au bisulfate de sodium et le séquençage de l’ADN à haut débit. Le bisulfite de sodium protège les cytosines méthylées, ou méthylcytosines, de la conversion, tandis que les cytosines non méthylées sont converties en uracile.

  Les cytosines non méthylées sont ensuite converties en thymine après PCR, ce qui signifie que les résultats du séquençage montrent principalement des bases d’adénine, de guanine et de thymine, toute base de cytosine indiquant des sites de cytosine méthylée.

  La méthode a été initialement tentée sur Aradopsis thaliana, une plante, en raison de son génome relativement petit. Elle s’est depuis révélée capable d’analyser environ 90% de toutes les cytosines qui ont été tentées. La technique WGBS a été appliquée aux génomes des humains, des souris, du maïs et du soja.

  Applications aux cellules souches

  Les cellules souches sont des cellules indifférenciées qui conservent la capacité de devenir n’importe quel type de cellule, comme les neurones ou les cellules musculaires. Cela leur confère un grand intérêt pour les biologistes du développement et d’éventuelles applications en médecine, afin de comprendre ce qui les différencie des cellules matures.

  Les premières cartes à l’échelle du génome et à résolution d’une seule base des cytosines méthylées dans les cellules souches embryonnaires humaines et les fibroblastes fœtaux ont montré de grandes différences entre les deux. Dans les cellules embryonnaires, près d’un quart de toutes les méthylations identifiées se trouvaient dans un contexte de guanine non cytosine (CG), alors que dans les cellules fœtales, 99,98% des méthylcytosines se trouvaient dans le contexte GC.

  Un contexte non-CG signifie qu’il se trouvait dans CHG ou CHH, où H représente l’adénine, la thymine ou la cytosine. Avant cela, on pensait principalement que presque toute la méthylation de l’ADN des mammifères se produisait dans le contexte CG, alors que cette étude indique que cela pourrait être une caractéristique générale dans les cellules souches embryonnaires humaines.

  La méthylation non-CG semblait être perdue lors de la différenciation. La méthylation non-CG a été restaurée lorsque les cellules fœtales ont été manipulées en cellules souches pluripotentes induites. Cela démontre également que la méthylation CHG et CHH n’est pas due à des différences génétiques, mais est plutôt une caractéristique des cellules souches embryonnaires.

  L’étude précédente indiquait que les cellules souches, qu’il s’agisse de cellules souches pluripotentes induites ou de cellules souches embryonnaires, partageaient des caractéristiques épigénétiques par le biais de la méthylation. Les cellules souches sont extrêmement importantes à des fins thérapeutiques et pour l’étude des maladies. Elles diffèrent des cellules somatiques par des transformations épigénomiques, plutôt que génétiques, ce qui rend l’étude de leur schéma de méthylation très intéressante.

  Une étude de suivi s’est concentrée sur les différences entre les cellules souches embryonnaires et les cellules souches pluripotentes induites et a constaté que si leur schéma de méthylation est très similaire au niveau global, les cellules souches pluripotentes induites présentent des variations substantielles dans la reprogrammation par rapport aux cellules souches embryonnaires. Ainsi, alors que le WGBS a permis d’élucider beaucoup de choses sur les cellules souches, certaines questions demeurent.

  Le WGBS en biologie du développement

  La méthylation de l’ADN est importante au cours du développement normal chez les mammifères. En particulier, la méthylation non-CG est répandue dans les cellules souches pluripotentes et les ovocytes.

  Les chercheurs ont utilisé le WGBS pour explorer davantage ce concept et ont découvert que près des deux tiers de toute la méthylation dans les ovocytes des vésicules germinales de souris se produit dans un contexte non-CG. Ils ont également constaté que la méthylation des sites non-CG s’accumulait au cours de la croissance des ovocytes.

  La méthylation non-CG semblait dépendre de quelques méthyltransférases en particulier, à savoir le complexe des ADN méthyltransférases, c’est-à-dire le complexe Dnmt3s-Dnmt3L. En revanche, Dnmt1 semblait maintenir la méthylation du CG.

  L’héritage de la programmation épigénétique est plus fréquent chez les plantes que chez les mammifères. Une étude axée sur la méthylation a révélé qu’en utilisant le WGBS, la lignée germinale des plantes préservait la méthylation CG et CHG. Cela contraste avec les mammifères où la méthylation CHH est perdue dans les microspores et les spermatozoïdes. Cependant, elle est restaurée par l’ADN méthyltransférase de novo guidée par le petit ARN après la fécondation.

  Le WGBS pour le diagnostic précoce des maladies

  Des études ont démontré que le WGBS peut être utilisé pour détecter une méthylation anormale en dépistant des gènes suppresseurs hyper-méthylés spécifiques comme on le voit dans les cancers tels que la leucémie promyélocytaire aiguë, le cancer gastrique et ainsi de suite.

  Applications du WGBS en médecine légale

  Des études médico-légales ont été réalisées sur des échantillons de taches de sang séché en utilisant le WGBS après extraction de l’ADN. L’utilisation du WGBS fournit des échantillons de haute qualité qui améliorent l’analyse de la méthylation de l’ADN sur les taches médico-légales.

  En résumé, le WGBS devient de plus en plus populaire dans l’étude de la méthylation de l’ADN en raison de la capacité de cette technique à estimer la méthylation de l’ADN génomique converti au bisulfite à une résolution mononucléotidique.

  Bien que le WGBS soit un outil très efficace pour comprendre la reprogrammation épigénétique, il est tout aussi important de développer et de maintenir une technologie de haut séquençage rentable qui peut être utilisée dans des domaines variés de la recherche scientifique.

  Sources

  • https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/29668744
  • https://www.nature.com/articles/nature08514
  • https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3521964/

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  • https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/25374580
  • https://www.nature.com/articles/nature09798
  • https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/23637617
  • https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/23000270
  • https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/27784346
  • https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/21737370
  • https://academic.oup.com/bib/advance-article/doi/10.1093/bib/bbx077/4002722#93531627

  Lectures complémentaires

  • Tout le contenu sur le séquençage de l’ADN
  • Séquençage de l’ADN
  • Assemblage de séquences d’ADN
  • Puces à ADN
  • Termes de séquençage de l’ADN à haut débit

  .throughput DNA Sequencing Techniques

Written by

Sara Ryding

Sara est un écrivain passionné des sciences de la vie qui se spécialise dans la zoologie et l’ornithologie. Elle termine actuellement un doctorat à l’Université Deakin en Australie qui porte sur la façon dont les becs des oiseaux changent avec le réchauffement climatique.

Citations

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