Un outil qui révolutionne les études sur la régulation des gènes

La cartouche microfluidique FloChIP. Crédit: Ricardo Dainese (EPFL)

La cartouche microfluidique FloChIP. Crédit: Ricardo Dainese (EPFL)

Les chercheurs de l’EPFL ont mis au point FloChIP, une nouvelle puce microfluidique basée sur la technique de l’immunoprécipitation de la chromatine (ChIP). FloChIP a le potentiel pour devenir un outil employé à grande échelle afin d’étudier la biologie de la chromatine et la régulation des gènes.

Dans la cellule, les protéines interagissent souvent directement avec l’ADN pour réguler et influencer l’expression des gènes. Pour que ce soit possible, les protéines doivent pénétrer dans le noyau de la cellule où l’ADN est enroulé étroitement et compacté sous forme de chromatine, à l’origine des chromosomes bien connus.

Lorsque la protéine atteint son emplacement cible, la chromatine se déroule et dévoile la section de l’ADN avec laquelle la protéine va interagir. Cette interaction est naturellement d’un grand intérêt pour les biologistes, car elle est au cœur de multiples fonctions cellulaires majeures ou même de dysfonctionnements entrainant des maladies.

Pour étudier les interactions entre protéines et chromatine, les biologistes ont recours à une technique appelée «immunoprécipitation de la chromatine» (ChIP). L’idée principale de la ChIP consiste à utiliser un anticorps qui cible la protéine de liaison de la chromatine puis qui «l’attire vers le bas» ou la précipite avec la section d’ADN capturée. L’ADN lié à la protéine est alors identifié par séquençage, c’est pourquoi cette technique est souvent appelée «ChIP-séq».

Depuis son invention en 2007, la ChIP-séq est devenue la méthode la plus populaire d’étude des protéines associées à la chromatine, comme les histones et les facteurs de transcription. Toutefois, elle nécessite une longue séquence d’étapes manuelles qui limitent à la fois son rendement et sa sensibilité.

Actuellement, l’équipe de chercheurs menée par Bart Deplancke à l’Institut de bioingénierie de l’EPFL , a mis au point une nouvelle approche de la ChIP qui promet de l’automatiser et de diminuer son coût et sa complexité. Cette méthode innovante, appelée «FloChIP», a recours à la microfluidique, un domaine de bioingénierie que l’EPFL contribue à développer et accroitre.

La microfluidique implique essentiellement la manipulation précise de liquides par le biais de puces contenant de multiples canaux conçus avec précision. Comme cette technique imite la dynamique interne d’une cellule, elle se prête particulièrement bien à l’utilisation dans divers processus de bioingénierie.

FloChIP met en œuvre la microfluidique pour rationaliser fortement le flux de la ChIP. Dans un article de la revue PNAS, les chercheurs de l’EPFL ont démontré la grande modularité de FloChIP et sa capacité à réaliser de multiples essais de ChIP-séq simultanément et de manière reproductible et automatisée. Dans cet article, les chercheurs le montrent à la fois pour les marques d’histones et les facteurs de transcription.

Diagramme montrant le mécanisme de FloChIP, inclus dans l’article de la revue PNAS. Crédit: R. Dainese (EPFL).

«Grâce à sa rentabilité, son rendement et sa facilité d’application générale, nous pensons que FloChIP va devenir d’elle-même un complément valide aux outils actuels d’étude de la biologie de la chromatine et des interactions entre protéines et ADN», déclare Riccardo Dainese, auteur principal de l’étude.

«Avec cette nouvelle technologie, l’automatisation réelle des essais difficiles comme la ChIP est à notre portée», ajoute Bart Deplancke. «Nous espérons que cette technique boostera l’utilisation des protéines liées à la chromatine en tant qu’indicateurs diagnostiques à fort potentiel informatif, pour toutes sortes de maladies, y compris le cancer.»

Autres contributeurs

  • Swiss institute of Bioinformatics
  • SystemsX.ch
  • EPFL
  • Innosuisse
Funding

Fonds National Suisse de la Recherche Scientifique

References

Riccardo Dainese, Vincent Gardeux, Gerard Llimos, Daniel Alpern, Jia Yuan Jiang, Antonio Carlos Alves Meireles-Filho, Bart Deplancke. A parallelized, automated platform enabling individual or sequential ChIP of histone marks and transcription factors. PNAS 27 May 2020. DOI: 10.1073/pnas.1913261117