Une approche basée sur l'intelligence artificielle permet de cartographier de nouvelles cibles thérapeutiques du cancer
Dans la molécule d’ADN, porteuse de l’information génétique, la formation de structures secondaires de type G-quadruplexes (ou G4) peut entraîner l'instabilité du génome en créant des mutations. Ces G4 sont actuellement testés comme cible thérapeutique car des molécules stabilisatrices de ces structures pourraient réguler négativement la transcription ou bloquer l'allongement des télomères (les extrémités des chromosomes) dans les cellules cancéreuses. Une récente étude, portée par des scientifiques de l’Unité de biologie moléculaire, cellulaire et du développement du Centre de biologie intégrative de Toulouse (MCD-CBI – CNRS/UT3 Paul Sabatier) et parue récemment dans la revue PLoS Computational Biology, démontre que l’on peut prédire avec précision à l’aide du nouveau logiciel DeepG4 les régions du génome où se forment les G4 dans les lignées cellulaires, tissus et cancers.
L'ADN est une molécule porteuse d'informations génétiques et présente dans toutes les cellules vivantes. En 1953, Watson et Crick décrivaient pour la première fois la structure de l’ADN en forme de double hélice. Cependant, d'autres structures d'ADN ont été identifiées plus tard, et les scientifiques se sont intéressés plus particulièrement au G-quadruplexe, communément appelé G4. Le G4 est une structure secondaire de l’ADN à quatre brins, qui repose sur des appariements de bases de type Hoogsteen formant un plateau de quatre résidus de guanine (G), également appelé « quartet ». L’empilement parallèle et ininterrompu d’au moins deux quartets, intercalés par un cation monovalent (sodium ou potassium) stabilisant la structure, constitue le G4.
La formation de telles structures G4 dans les cellules peut perturber les mécanismes de transcription et de réplication de l’ADN et peut donc entraîner l'instabilité du génome en créant des mutations, des délétions et en stimulant des événements de recombinaison. De plus, les G4 régulent l’expression de nombreux oncogènes, des gènes cruciaux pour le développement des cancers, et bloquent également l'allongement des télomères dans les cellules cancéreuses. D'ailleurs, les structures G4 sont actuellement testées comme cible thérapeutique potentielle pour réguler négativement la transcription ou bloquer l'allongement des télomères dans les cellules cancéreuses.
Dans cet article, les scientifiques proposent une nouvelle approche computationnelle, nommée DeepG4, qui vise à prédire grâce à l'intelligence artificielle, les régions G4 se formant spécifiquement dans un type cellulaire à partir de la séquence d'ADN et de l'accessibilité (ou ouverture) de la chromatine. Cette approche bioinformatique a été développée à l’aide de données d’entraînement génomiques (régions G4 cartographiées à la fois in vitro et in vivo dans un type cellulaire donné). DeepG4 met en œuvre un type d’algorithme appelé réseau de neurones convolutifs et basé sur la séquence d’ADN (enchaînement de lettres A, T, G ou C), ainsi que sur la mesure de l’accessibilité de la chromatine. À cette fin, DeepG4 exploite le contexte génomique du G4 (une région de 201 bases) qui comprend la séquence potentielle de formation du G4, mais également d'autres motifs d'ADN pouvant jouer un rôle dans l'activité du G4. De plus, l'ajout dans le modèle des données concernant l'accessibilité de la chromatine, qui sont publiquement disponibles pour la plupart des lignées cellulaires, des tissus et des cancers, permet de prédire spécifiquement les régions G4 qui sont actives en fonction d’un type cellulaire particulier.
Les résultats montrent que DeepG4 présente une excellente précision pour prédire les régions où se forment les G4 (aire sous la courbe ROC > 0,98), jusqu’à même identifier des motifs d'ADN clés qui sont prédictifs de ces régions. Parmi ceux-ci, les scientifiques ont trouvé des motifs spécifiques ressemblant au motif connu des G4, mais aussi de façon assez surprenante, ils ont découvert de nombreux motifs de liaison à des facteurs de transcription qui pourraient jouer un rôle direct ou indirect dans l’activation ou l'inhibition de la formation des G4. Enfin, les scientifiques ont utilisé ce nouvel algorithme pour identifier les régions G4 se formant dans de nombreux cancers, et ont ainsi abouti à la cartographie de nombreuses cibles thérapeutiques potentielles des cancers.
Contact :Raphaël Mourad, enseignant-chercheur UT3 Paul Sabatier
Unité de biologie moléculaire, cellulaire et du développement du Centre de Biologie Intégrative de Toulouse – MCD-CBI – CNRS/UT3 Paul Sabatier
Au nord-est de la Sibérie, plusieurs siècles d’expansion impériale russe, initiée par les Cosaques, ont légèrement modifié la biologie des populations autochtones de Yakoutie. Les analyses génétiques et microbiennes de 122 individus inhumés entre le XIVe et le XIXe siècle révèlent une stabilité remarquable malgré les bouleversements culturels, sanitaires et alimentaires. C'est ce que démontre une étude internationale coordonnée par des scientifiques de l’Université de Toulouse et du CNRS au sein du Centre d'anthropobiologie et de génomique de Toulouse (CAGT), parue dans Nature le 7 janvier. Ces résultats, obtenus grâce à l’exceptionnelle préservation des sujets dans le pergélisol sibérien, éclairent d'un jour nouveau l'histoire d’un peuple autochtone d’une région marquée par l’un des climats les plus extrêmes de la planète.
Pour résister aux infections, une plante cousine des mousses, l’hépatique Marchantia polymorpha, utilise des gènes hérités de microorganismes il y a des centaines de millions d’années pour produire des composés antimicrobiens spécifiques. Ce mécanisme de défense inattendu a été révélé par des scientifiques de l’Université de Toulouse et du CNRS. Leur étude, publiée le 4 février dans Proceedings of the national academy of sciences, identifie de nouvelles pistes pour développer une protection durable des cultures agricoles.
La Chine a imposé en 2021 une interdiction totale de pêche sur l’ensemble du fleuve Yangtsé, ainsi que différentes mesures visant à améliorer la qualité de l’eau et des habitats. Elles ont permis de stopper 70 ans de déclin de la biodiversité sur le plus grand fleuve d’Asie. De plus, en l’espace de trois ans, la biomasse en poissons a plus que doublé et des espèces rares, comme le marsouin aptère ou le poisson tube, commencent à se rétablir. C’est ce que démontre une étude internationale, co-signée par Sébastien Brosse, professeur à l’Université de Toulouse, parue dans Science le 12 février.
