Une approche unique basée sur la spectrométrie de masse pour étudier les changements spécifiques de l’ADN après la réplication

Une nouvelle méthode d’étude des modifications spécifiques de l’ADN après réplication a été publiée sous forme de rapport technique dans Biologie Cellulaire Nature. Les chercheurs ont développé une approche basée sur la spectrométrie de masse très sensible, appelée iDEMS (DNA Isolation by EdU Labeling for Mass Spectrometry).

Ce qui est nouveau dans notre travail, c’est que nous n’avons pas utilisé de méthodes de séquençage largement utilisées sur le terrain, et avons plutôt utilisé la spectrométrie de masse, qui est la première fois que cette approche est utilisée pour mesurer les modifications de l’ADN sur de l’ADN purifié et répliqué.

Le Dr Stuart Morgan, co-premier auteur du rapport, est du laboratoire de Groth au Novo Nordisk Foundation Center for Protein Research (CPR) de l’Université de Copenhague.

Cette approche unique est le résultat d’un projet conjoint avec le laboratoire de Hajkova au MRC London Institute of Medical Sciences (LMS). « Dans le laboratoire de Groth, nous avons une expertise en réplication et le laboratoire de Hajkova a une expertise dans l’étude de la méthylation de l’ADN par spectrométrie de masse. Je pense que cette collaboration interdisciplinaire explique en grande partie pourquoi le projet est si réussi », explique le Dr Stuart Morgan. . « Les résultats de nos recherches utilisant iDEMS sont définitifs et ouvrent de nouvelles voies pour de futures recherches. »

Modifications de l’ADN et stabilité cellulaire

Le génome est l’ensemble complet des instructions d’ADN trouvées dans une cellule. Presque toutes les cellules d’un organisme contiennent la même information génétique – mais les gènes qui sont exprimés dépendent de la fonction de la cellule. Ceci est spécifique à la cellule L’expression des gènes est régulée Par l’épigénome de la cellule, constitué de protéines associées à l’ADN, ainsi que de modifications chimiques directes de l’ADN. L’un des régulateurs les plus importants de l’hérédité épigénétique est la méthylation de l’ADN – un marqueur chimique qui désactive les régions du génome qui ne devraient pas être exprimées. Le schéma de ces marqueurs est très important pour maintenir la stabilité et l’identité des cellules : par exemple, le schéma de méthylation de l’ADN dans une cellule hépatique sera différent du schéma de méthylation de l’ADN dans une cellule sanguine.

Lorsque l’ADN est transcrit pendant la division cellulaire, les marques épigénétiques associées à l’ADN, y compris la méthylation de l’ADN, sont atténuées. Les brins d’ADN nouvellement générés doivent rétablir le niveau et le schéma de méthylation pour maintenir le contrôle de l’expression des gènes, de la stabilité génomique et de la mémoire épigénétique de l’identité cellulaire.

Cependant, on ne sait pas grand-chose sur ce processus, et la perte de méthylation de l’ADN est une caractéristique commune des cellules qui se sont divisées plusieurs fois, comme les cellules cancéreuses qui sont hautement prolifératives et les cellules sénescentes qui se sont multipliées plusieurs fois au cours de la vie d’une personne. . Ces dernières années, plusieurs groupes ont tenté d’étudier ce processus à l’aide de méthodes de séquençage, mais la cinétique exacte du maintien de la méthylation après la réplication est restée incertaine.

Re-méthylation

En utilisant iDEMS, les chercheurs ont découvert que les niveaux de méthylation de l’ADN augmentaient régulièrement après la réplication, et après 4 heures, les niveaux d’ADN de réplication et d’ADN génomique étaient égaux. Cela indique que ce processus se déroule à un rythme régulier et lent. Cependant, il est contourné par la division cellulaire.

« Au fil du temps, les cellules n’ont pas assez de temps pour se re-méthyler après la réplication, et la méthylation du génome est finalement atténuée. C’est la première fois que nous avons montré une cinétique très claire de re-méthylation. De plus, nous avons vu une quantification absolue des niveaux de méthylation de l’ADN. , nous permettant de distinguer les marqueurs de méthylation nouvellement générés. Cela nous a donné confiance dans nos mesures cinétiques », rapporte le Dr Stuart Morgan.

Un deuxième signe chimique

Les chercheurs ont également utilisé iDEMS pour étudier un deuxième marqueur – l’hydroxyméthylation de l’ADN – qui est un marqueur génomique encore plus rare que la méthylation. Leurs résultats ont confirmé des recherches antérieures, déclare le Dr Stuart Morgan : « Nous avons découvert qu’un brin d’ADN, la matrice ou le brin ‘paternel’, contient toujours plus d’hydroxyméthyle que l’autre brin ‘fille’, confirmant des travaux antérieurs indiquant que ce marqueur d’ADN distingue les brins en fonction de l’âge », dit-elle.

« Cependant, nous avons également découvert qu’il n’y a aucun point auquel les niveaux d’hydroxyméthylation sont égaux entre les brins parentaux et filles tout au long du cycle cellulaire. Cela ouvre de nouvelles questions sur la façon dont cette différence entre les brins est utilisée par les cellules, par exemple lors de la réparation de l’ADN. »

Capacités iDEMS

En quantifiant directement les modifications de l’ADN sur l’ADN répliquant, iDEMS résout la cinétique de méthylation et d’hydroxyméthylation de l’ADN après la réplication de l’ADN. « iDEMS est un outil dynamique et informatif pour aborder des questions importantes en matière de maintenance de l’épigénome et de biologie de la modification de l’ADN », déclare le Dr Stuart Morgan.

À l’avenir, le système iDEMS sera utile pour caractériser la dynamique de liaison de la méthylation et de l’hydroxyméthylation dans différents contextes cellulaires, y compris le vieillissement et le développement du cancer. Par rapport aux données de séquençage, la spectrométrie de masse fournit une lecture simple et rapide, et donc iDEMS peut être utile là où l’efficacité est essentielle, comme dans les milieux médicaux et les études de découverte de médicaments.

« Nos résultats mettent en évidence l’importance des nouvelles approches pour comprendre la biologie à travers plus d’une lentille. iDEMS est très flexible, car il peut être combiné avec d’autres méthodes utilisées en biologie moléculaire pour examiner l’épigénome. Ainsi, cette méthode ajoute un outil important pour une suite de technologies qui étudient la stabilité de l’épigénome », conclut le Dr Stuart Morgan.