Microréseaux d'ADN

Un microréseau d'ADN consiste en une lamelle de verre ou de plastique de la taille d'un timbre sur laquelle on place des brins simples d'ADN (aussi appelés sondes) et représentant les gènes d'un organisme selon un réseau microscopique. Par «réseau», on entend simplement «placé de façon ordonnée». Un réseau microscopique d'ADN porte également le nom de puces à ADN ou de puces génétiques dans la langue courante. Jusqu'à 30 000 emplacements peuvent se trouver sur une seule lamelle, il est donc maintenant possible de créer un réseau contenant tous les gènes humains. Chacun des fragments peut se fixer à un brin d'ADN ou d'ARN.

Chacune des cellules du corps possède le même matériel génétique. Toutefois, les cellules n'ont pas toutes les mêmes gènes en activité. Dans les différentes cellules, différents gènes sont en activité à des moments différents. On dit d'un gène qui «est en activité» s'il est exprimé - l'ARN fait une copie des brins d'ADN qui fabrique ensuite une protéine. Selon ses besoins, une cellule peut activer les gènes ou les désactiver. Par exemple, dans les cellules du foie, différents gènes sont activés comparativement aux gènes des cellules du cœur, parce que ces deux cellules assument des fonctions différentes.

Les connaissances recueillies jusqu'à maintenant du Projet du génome humain, de même que la progression de la technologie des microréseaux permettent d'examiner l'expression d'un bon nombre de gènes en même temps. On appelle parfois cette technique «profilage de l'expression», c'est-à-dire, établir le profil des gènes qui sont exprimés dans une cellule donnée à un moment donné. On peut ainsi comparer les gènes exprimés de différentes cellules aux gènes de la même cellule dans des conditions différentes ou à des étapes différentes de l'évolution. Cette technique peut nous donner une idée de ce qui se passe dans une cellule en nous indiquant les gènes qui sont nécessaires pour différentes fonctions. La capacité d'analyser l'activité de chacun des gènes d'une cellule est un outil puissant : les chercheurs peuvent ainsi réfuter les réponses à des questions importantes, comme «pouvons-nous comprendre pourquoi on contracte le cancer? », ou «qu'il y a-t-il de différent dans le cerveau d'un patient atteint de la maladie d'Alzheimer?».

Comment fonctionnent les microéchantillons d'ADN?

L'ADN est composé de petites particules appelées nucléotides, qui sont enchaînées afin de former un brin. Une molécule d'ADN comporte deux de ces brins qui sont rattachés ensemble à chacun des nucléotides. Ces nucléotides se fixent d'un brin à l'autre d'une seule façon. L'adénine (A) se fixe à la thymine (T) et la guanine (G) se fixe à la cytosine (C). Par exemple, le brin complémentaire d'un fragment d'ADN hypothétique AGGTC est TCCAG. Les microréseaux ont été conçus afin de se prévaloir de cette propriété fondamentale de l'ADN et de l'ARN. Lorsqu'un échantillon de fragments d'ADN (ou d'ARN) est placé dans le microréseau, seuls les fragments complémentaires pourront se fixer aux fragments du microéchantillon. Lorsque l'on «rince» le microéchantillon avec un agent bloquant qui peut être enlevé en exposant le microéchantillon à la lumière, les fragments qui ne sont pas liés «partiront au lavage».

Comment un microéchantillon est-il fait?

1. Le chercheur utilise habituellement des lamelles faites sur mesure, que l'on appelle parfois «puces», achetées auprès d'un fabricant. La lamelle est produite en y joignant les fragments d'ADN souhaités. Les fragments choisis peuvent varier selon les différentes expériences. Un chercheur peut souhaiter examiner tous les gènes humains en même temps, ou se concentrer plutôt sur un ou deux gènes ou fragments de gène.
2. L'ADN messager (ARNm), soit l'ARN complémentaire à l'ADN d'un gène et qui agit comme modèle pour faire la protéine, est extrait des cellules étudiées, comme les cellules de tumeurs ou les cellules saines. Cet ARNm est changé en ADN complémentaire (ADNc) au moyen d'un processus inverse.
3. Une «étiquette» est apposée aux fragments d'ADNc, à savoir un colorant fluorescent, afin qu'ils puissent être repérés plus tard. Les différences sur le plan de l'expression des gènes sont révélées par les modèles fluorescents du microéchantillon. L'ADNc provenant des cellules tumorales est étiqueté au moyen d'une couleur, comme le rouge, et l'ADNc des cellules normales est étiqueté au moyen d'une autre couleur, comme le vert.
4. Une fois que les échantillons sont étiquetés différemment, l'échantillon de contrôle et l'échantillon expérimental sont ajoutés aux microéchantillons. Si un fragment d'ADN est joint et possède la séquence complémentaire des fragments ajoutés, il s'y fixera. S'il n'y a aucun fragment complémentaire, il sera «rincé».
5. Les fragments d'ADNc entrent en concurrence afin de se fixer aux fragments d'ADN. S'il y a davantage d'ADNc d'un gène dans les cellules tumorales que dans les cellules saines, cet endroit de la lamelle sera rouge. S'il y a une plus grande quantité d'ADNc dans les cellules saines, on verra des points verts. S'il y a une quantité égale de gène dans les cellules tumorales et saines, les colorants rouge et vert s'annuleront et l'on verra des points jaunes.

On obtient alors une petite lamelle de verre contenant des milliers de points colorés. Un ordinateur peut analyser ces renseignements et d'établir l'emplacement précis des gènes et les différences entre les cellules tumorales et saines.

Applications des microréseaux d'ADN

La technologie des microréseaux est très prometteuse pour l'avenir. Les applications qui suivent en sont quelques-unes parmi celles qui aident le milieu scientifique à obtenir des indicateurs de toutes les composantes de l'organisme. Un jour, cela permettra de fabriquer des médicaments personnalisés, de poser des diagnostics moléculaires et d'intégrer le diagnostic au traitement.

1. Profilage de l'expression - Examen du modèle d'expression des gènes pour diverses maladies, comme le cancer. Si un gène semble défectueux, il pourrait être une cible éventuelle pour un traitement contre le cancer.
2. Dépistage de maladie - Gènes associés à une maladie, comme le cancer ou les maladies du cœur. Ces gènes pourraient être analysés régulièrement afin d'établir si une personne est très à risque de contracter la maladie. Cela aiderait à procéder à un diagnostic et à un traitement précoces.
3. Biologie du développement - Examen des modèles d'expression à différentes périodes du développement afin de cerner les gènes en cause et de les caractériser.
4. Hybridation génomique comparative (HGC) - Technique de détection de gain ou de perte du matériel génétique, ou de la variation du nombre de copies d'un gène particulier responsable d'une maladie.
5. Analyse de mutation - Technique qui examine les différences dans le polymorphisme de nucléotide simple (SNP) et en particulier dans les modèles de SNP qui peuvent être associés à la maladie.