Construire la carte d’identité de toutes les cellules

L’équipe de Pascal Barbry, à l’Institut de pharmacologie moléculaire et cellulaire (UNS, CNRS), vient d'élaborer pour la première fois en France une technique de séquençage de l'ARN d’une seule cellule, susceptible d’être utilisée par de nombreux laboratoires de biologie. Cette technique permettrait de détecter le génome d'une cellule individuelle, et d’y détecter les gènes qui y sont activés ou désactivés, pour ainsi établir le type de la cellule et son état.Cette étude a été publiée le 9 décembre 2016 dans la revue Nucleic Acids Research.
Construire la carte d’identité de toutes les cellules

L'équipe de Pascal Barbry - crédit photo © A. Macarri

Depuis les travaux précurseurs de Leeuwenhoeck, Schwann et Virchow, la cellule apparait comme l'élément constitutif de tout organisme vivant. Chaque cellule est issue par biogénèse d'une autre cellule mère, avec laquelle elle partage certains traits, et en diffère par d’autres. Son profil d’expression génique peut constituer une carte d’identité extrêmement précise, qui révèle des informations sur son destin, traçant sa bifurcation vers de nouveaux états normaux (différenciation de cellules souches, développement, …) ou pathologiques (cellules souches cancéreuses, …).

La mesure individuelle des profils d’expression génique de toutes les cellules présentes dans un échantillon reste cependant un vrai défi méthodologique. Il s’agit de mesurer l’expression du plus grand nombre possible de gènes sur le plus grand nombre possible de cellules, afin d’affiner les mesures effectuées jusqu’à présent par des technologies classiques, avec lesquelles des populations «moyennes» de cellules apparemment identiques sont analysées et comparées.

De nouvelles méthodes de mesure quantitative des acides nucléiques fonctionnent désormais à partir de quelques picogrammes (i.e. un millionième de millionième de gramme) d'ADN ou d'ARN, ce qui correspond aux quantités contenues dans une seule cellule eucaryote. Ces améliorations ont été portées par l’émergence de nouveaux outils de séquençage et d'analyse quantitative des acides nucléiques, très performants, et par l’arrivée à maturité de technologies micro-fluidiques qui permettent d’améliorer les rendements des différents protocoles.

L’équipe « Physiologie Génomique des Eucaryotes » de l’Institut de Pharmacologie Moléculaire et Cellulaire de Sophia Antipolis et la plateforme UCA GenomiX, dirigées par Pascal Barbry, ont élaboré un protocole expérimental simplifié qui est utilisable sur différentes plateformes d’isolement de cellules. Sa compatibilité avec la plupart des séquenceurs moyen-débit (Illumina, Life Technologies, etc), désormais fréquemment disponibles dans tous les laboratoires de biologie, permet d’ouvrir ces approches d’analyse massive de l’expression génique sur cellule unique à de nombreux laboratoires.

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plateforme UCA Genomix - crédit photo © A. Macarri

L’amélioration principale apportée par l’équipe de Sophia Antipolis porte sur le contrôle des biais expérimentaux liés au très grand nombre de cycles d’amplification par PCR, requis du fait de l’utilisation de très faibles quantités de matériel. Le marquage des molécules d'acides nucléiques avant cette étape d’amplification permet à présent de s'affranchir des biais d'amplification.  On peut maintenant anticiper que le développement de nombreuses approches sur cellule unique va permettre d’accéder à des informations très fines sur l’expression génique de chaque cellule. Elles fourniront une nouvelle description du vivant qu’il s’agira d’exploiter.

Ce travail a été réalisé dans le cadre d’un projet de développement cofinancé par la Cancéropôle PACA, et l’infrastructure nationale France Génomique, auxquelles UCA GenomiX de l’IPMC est rattachée. Les travaux de recherche ont été publiés dans la revue Nucleic Acids Research au mois de décembre 2016.

Pascal Barbry, Directeur de l'Institut de Pharmacologie Moléculaire et Cellulaire from Université Nice Sophia Antipoli on Vimeo.