Quels sont les différents types de biopuces

Quels sont les différents types de biopuces ?
Le concept utilisant le terme de « microarray » remonte à une trentaine d’années avec
l’introduction de la technique du « Southern Blot » par le professeur Edwin Southern
décrivant l’utilisation de molécules d’ADN marquées pour interroger par hybridation les
molécules d’ADN étant attachées à un support solide. Seulement, cette approche ne
concerne qu’un gène à la fois.
Lorsque l’homme a relevé le défi du séquençage du génome entier humain (« Human
Genome Projet »), il a soulevé un challenge encore plus grand : celui de comprendre les
fonctions des gènes qui composent notre génome.
Pour cela, il fallait détecter les niveaux d’expression de ces gènes selon différentes
conditions, de manière à accélérer l’identification des cibles associées aux maladies et à
développer de nouveaux diagnostics et thérapies.
Ainsi, les premiers « arrays », (signifiant « rang ordonné ») basés sur les principes
évoqués par Southern, sont apparus pour répondre aux besoins d’analyser en parallèle
l’expression des multiples gènes.
Le terme de « puces à ADN » est générique. D’abord, conçues sur des membranes
poreuses de nylon (appelées « macroarrays » par opposition aux « microarrays ») qui
imposent un marquage radioactif, difficile à employer et ne permettent l’observation que
de quelques centaines de gènes à la fois.
À la fin des années 90, les puces à ADN ont été progressivement mises au point sur
lames de verre où des milliers de fragments d'ADN peuvent être déposés par des
procédés robotisés. Ainsi, la miniaturisation, rendue possible par l’utilisation d’un
support solide, de marqueurs fluorescents et par les progrès de la robotique,
permet aujourd’hui de fabriquer des puces de haute densité, susceptibles de
recouvrir l’intégralité du génome d’un organisme sur une simple lame de
microscope.
Le passage des « puces à ADN » aux « puces à protéines » semble une suite logique.
Néanmoins, la réalité est différente du fait que les structures et les fonctions des
protéines soient plus complexes que celles de l’ADN et moins stables. De plus, chaque
type de cellules contient des milliers de protéines différentes et certaines sont
spécifiques d’un type cellulaire. Aussi, le profil d’une protéine varie avec l’âge et les
conditions d’environnement.
Le terme « puce » concernant les protéines est étendu à des systèmes présentant une
échelle de taille supérieure à la taille standard des puces à ADN et des densités
beaucoup plus faibles (quelques dizaines à quelques centaines de spots). De même, les
microarrays où l'agent de capture correspond à des acides nucléiques (aptamères)
permettant de détecter des protéines seront également considérés.
Bien qu'en termes de fabrication, il n'y ait pas de différences majeures, on peut
schématiquement classer les « protein arrays » en deux catégories en fonction de leur
application : les « microarrays de capture » où l'objectif est de détecter et quantifier une
protéine spécifique comme des marqueurs protéiques de tumeurs et les « microarrays
fonctionnels » où des paramètres plus complexes sont analysés : activités fonctionnelles
(enzymatique), caractéristiques des intéractions (affinité etc...) avec des partenaires
variés.
Les « tissue arrays » permettent l’analyse de milliers d’échantillons de tissu sur une
seule lame de verre. Ils commencent à être utilisés pour détecter les profils protéiques
sur des tissus sains et malades et pour valider le potentiel de médicaments cibles.
Les « puces à cellules » permettraient d’accélérer considérablement l’étude des gènes
de fonctions inconnues et leurs implications potentielles dans différentes maladies en
analysant les phénotypes résultant d’un excès ou l’extinction temporaire de protéines
dans les îlots de cellules. Ce format de puces semble aussi particulièrement
intéressant pour le criblage à haut débit de principes actifs ou de molécules
pharmacologiques. La fabrication de ces puces à cellules demande de réaliser des
transfections « inverses » et simultanées de plusieurs milliers d’acides
nucléiques différents sur la puce. Cette technique débutante a l’avantage
de
permettre
un
microtitration,
parallélisme
de
diminuer
bien
les
supérieur
aux
volumes
de
plaques
travail
de
par
miniaturisation, appréciable lors de l’utilisation de cellules
rares (cellules souches) ou des réactifs onéreux comme les siARN (short interfering ARN
qui permet l’extinction de l’expression d’un gène) issu de synthèse chimique.
Les « chemical microarrays » sont des arrays constitués de petites molécules
organiques, de peptides ou de sucres. Ils permettent aux compagnies pharmaceutiques
de cribler des dizaines de milliers de médicaments potentiels candidats simultanément.
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