Séquençage mécanique de l’ADN

Le séquençage de l’ADN apparait comme un enjeu majeur de l’ère post-génomique. Dans ce travail, issu d’une collaboration entre une équipe à l’Ecole Normale Supérieure (UMR8550) et celle de S.J. Benkovic à l’université de Penn State aux USA, des preuves de concept d’une plateforme molécule unique permettant l’identification et de séquençage de l’ADN sont présentées. A la différence de la plus part des méthodes actuelles, cette approche en molécule unique n’a pas besoin d’amplifier l’ADN et de plus, elle n’utilise pas de nucléotides fluorescents chers et source d’erreur.

Schéma de principe de la méthode : a) une molécule d’ADN (en bleu) est assemblée en une épingle à cheveux en lui associant une boucle à une extrémité et une fourche à l’autre extrémité. Les bras de cette fourche permettent de l’attacher à une bille magnétique et à la surface de l’échantillon. b) En approchant des aimants de la bille, on exerce une force qui lorsqu’elle excède 15pN, dégrafe l’ADN, ouvrant complètement l’épingle à cheveux. Dans cet état ouvert, l’extension de la molécule est maximale et des oligo-nucléotides (marron, violet et rose) peuvent s’hybrider à l’ADN ouvert. En écartant les aimants, on relâche la force et l’épingle se referme comme une fermeture éclair conduisant à une diminution rapide de l’extension. Mais les oligo-nucléotides hybridés bloquent la fermeture de la molécule de façon transitoire provoquant les pauses (iii, iv, v) avant que la molécule ne se referme complètement (vi). La position de ces blocages permet de localiser les séquences complémentaires aux oligo-nucléotides.

Les deux groupes ont mis au point une technique qui permet de mesurer l’extension d’une molécule d’ADN formant une épingle à cheveux avec une résolution spatiale proche d’une seule base, soit une fraction de nanomètre. En appliquant une force sur cette épingle d’ADN, grâce à une bille magnétique attachée à l’un de ses bras tandis que le second est attaché à la surface de l’échantillon, il est possible d’ouvrir l’épingle et dégrafer l’ADN, comme une fermeture éclair. Une fois la molécule ouverte, celle-ci peut s’hybrider avec de très courtes séquences d’ADN, des oligo-nucléotides, complémentaires mis en solution. Ceux-ci vont bloquer de façon transitoire la fermeture de la molécule quand la force est réduite. En mesurant l’extension de la molécule lors de ces blocages, il est possible de déterminer la position de ces hybridations le long de la. Cette approche peut être utilisée pour identifier un fragment d’ADN avec une séquence connue au sein d’un mélange de différents fragments et pour séquencer une molécule d’ADN soit par hybridation soit par ligation.

Ces travaux sont parus dans Nature Methods : Nature Methods doi:10.1038/nmeth.1925

Communiqué de presse du CNRS