FR2755147A1 - Determining presence or localisation of specific DNA sequences - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention concerne notamment un procédé de détection et de positionnement des gènes dans un génome ou une partie de génome grâce à la technique dite du peignage moléculaire. The present invention relates in particular to a method for detecting and positioning genes in a genome or part of a genome using the technique known as molecular combing.
La technique du peignage moléculaire, telle que décrite dans les références ci-après: PCT/FR95/00164 du 10/02/95 et PCT/FR95/00165 du 10/02/95, appliquée aux acides nucléiques, et plus particulièrement à l'ADN génomique, permet la visualisation de l'ADN ou de l'ARN sous forme de filaments rectilignes et pratiquement alignés. The technique of molecular combing, as described in the following references: PCT / FR95 / 00164 of 10/02/95 and PCT / FR95 / 00165 of 10/02/95, applied to nucleic acids, and more particularly to the Genomic DNA, allows the visualization of DNA or RNA in the form of rectilinear and substantially aligned filaments.
La présente invention repose sur la mise en évidence du fait que, grâce à des sondes, c'est-à-dire des séquences nucléotidiques telles que des molécules d'ADN marquées qui reconnaissent spécifiquement des parties de l'ADN alignées), qu'on hybride sur l'ADN peigné, on peut directement visualiser sur le génome peigné la position de la séquence complémentaire. The present invention is based on the fact that, by virtue of probes, i.e., nucleotide sequences such as labeled DNA molecules that specifically recognize aligned portions of the DNA), that hybridized on the combed DNA, the position of the complementary sequence can be directly visualized on the combed genome.
Dans ces conditions, il est possible, par exemple en utilisant deux sondes marquées avec des chromophores différents tels que visualisables avec une coloration, rouge et vert par exemple, de mesurer la distance qui les sépare. Mais il est possible également, en utilisant différentes sondes ou une série de sondes contiguës (ci-après dénommées "contig"), de mesurer directement la longueur de la zone intéressante, et d'en mesurer les éventuelles altérations dans le cas d'un génome anormal. Under these conditions, it is possible, for example by using two probes labeled with different chromophores as visualizable with a color, red and green for example, to measure the distance between them. But it is also possible, using different probes or a series of contiguous probes (hereinafter referred to as "contig"), to directly measure the length of the zone of interest, and to measure any alterations in the case of a abnormal genome.
La présente invention concerne donc, notamment, le diagnostic des maladies génétiques se caractérisant, de préférence, par des altérations importantes du génome, soit dans sa structure, délétion, translocation par exemple, soit dans le nombre de copies de certaines séquences (trisomie par exemple où la séquence représente la totalité d'un chromosome), ainsi que des procédés permettant de localiser et de cartographier rapidement des gènes. The present invention thus relates, in particular, to the diagnosis of genetic diseases characterized, preferably, by important alterations of the genome, either in its structure, deletion, translocation for example, or in the number of copies of certain sequences (trisomy for example where the sequence represents the entire chromosome), as well as methods for rapidly locating and mapping genes.
Le diagnostic génétique peut être divisé en plusieurs domaines:
- prénatal,
- pathologies à composante génétique,
- cancer et susceptibilité au cancer.The genetic diagnosis can be divided into several areas:
- prenatal,
- pathologies with a genetic component,
- cancer and susceptibility to cancer.
Diagnostic pré-natal
La majeure partie (95 %) des anomalies foetales sont dues à des trisomies des chromosomes 21, 18, 13, X ou Y. Leur diagnostic est relativement tardif (17ème semaine d'aménorrhée). I1 demande une ponction importante de liquide amniotique (quelques dizaines de millilitres) duquel des cellules foetales en suspension sont extraites et cultivées pendant plusieurs jours (voir la technique décrite par S. Mercier et J.L. Bresson (1995) Ann. Génét., X, 151-157). Un caryotype de ces cellules est effectué par observation microscopique et comptage des chromosomes par un personnel très spécialisé.Pre-natal diagnosis
The majority (95%) of fetal abnormalities are due to trisomies of chromosomes 21, 18, 13, X or Y. Their diagnosis is relatively late (17th week of amenorrhea). It requires a large puncture of amniotic fluid (a few tens of milliliters) from which fetal cells in suspension are extracted and cultured for several days (see the technique described by S. Mercier and JL Bresson (1995) Ann Gen., X, 151 -157). A karyotype of these cells is made by microscopic observation and counting of chromosomes by highly specialized personnel.
D'autres anomalies comme des translocations ou des délétions/insertions de parties importantes de chromosomes peuvent être détectées à ce stade, ou en employant des techniques comme l'hybridation fluorescente in situ (FISH). Cependant, là encore, ce type de diagnostic ne peut être réalisé que par un personnel très qualifié. Other abnormalities such as translocations or deletions / insertions of large portions of chromosomes can be detected at this stage, or by employing techniques such as fluorescent in situ hybridization (FISH). However, again, this type of diagnosis can only be performed by highly qualified personnel.
Les diagnostics prénataux actuels ont donc de nombreux désavantages : ils ne peuvent être effectués qu a un stade relativement tardif du développement de l'embryon; ils ne sont pas totalement dénués de risque pour le fcetus ou pour la mère; les résultats sont obtenus après un temps assez long (environ 3 semaines) et sont coûteux. Enfin, un certain nombre d'anomalies chromosomiques passent inaperçues. Current prenatal diagnoses therefore have many disadvantages: they can only be performed at a relatively late stage of embryo development; they are not totally without risk to the fetus or the mother; the results are obtained after a fairly long time (about 3 weeks) and are expensive. Finally, a number of chromosomal abnormalities go unnoticed.
Diagnostic de pathologies à composante génétique
De nombreuses maladies ont une composante génétique reconnue (diabète, hypertension, obesité, etc.) qui est le résultat de délétions, insertions et/ou remaniements chromosomiques de tailles variables. La mise en culture de cellules ne pose pas de problème à ce stade, mais les techniques de FISH, décrites par Lichter G.D. et al. (1993), Genomics, 16. 320-324; Brandritt B. et al. (1991), Genomics, iQ 75-82 et Van den Hengh
G. et al. (1992), Science, 257, 1410-1412), ont une résolution limitée et font appel à un personnel très qualifié, rendant ces tests peu accessibles.Diagnosis of pathologies with a genetic component
Many diseases have a recognized genetic component (diabetes, hypertension, obesity, etc.) that is the result of deletions, insertions and / or chromosome rearrangements of varying sizes. Culturing cells is not a problem at this stage, but FISH techniques, described by Lichter GD et al. (1993), Genomics, 16, 320-324; Brandritt B. et al. (1991), Genomics, iQ 75-82 and Van den Hengh
G. et al. (1992), Science, 257, 1410-1412), have limited resolution and use highly qualified personnel, making these tests inaccessible.
Le développement d'un test plus performant et bon marché permettrait l'adoption générale de thérapies adaptées, à un stade précoce des pathologies impliquées, susceptible d'améliorer leur rémission. The development of a more efficient and inexpensive test would allow the general adoption of appropriate therapies, at an early stage of the pathologies involved, likely to improve their remission.
Diagnostic cancéreux
Parmi les pathologies à composante génétique, les affections cancéreuses constituent une classe importante affectant une partie croissante de la population. La compréhension actuelle du processus d'apparition d'un affection cancéreuse fait intervenir une étape de prolifération de proto-oncogènes (mutations dans le génome des cellules) qui précède la transformation de la cellule en cellule cancéreuse. Cette étape de prolifération n'est malheureusement pas détectable, alors que la possibilité d'effectuer un traitement à ce stade augmenterait assurément les chances de rémission et diminuerait le handicap des patients. Cancer diagnosis
Among the pathologies with a genetic component, the cancerous diseases constitute an important class affecting a growing part of the population. The current understanding of the process of occurrence of a cancerous condition involves a proto-oncogene proliferation step (mutations in the genome of the cells) that precedes the transformation of the cell into a cancer cell. This proliferation step is unfortunately not detectable, although the possibility of treatment at this stage would certainly increase the chances of remission and decrease the disability of patients.
Dans chacun de ces domaines, le peignage moléculaire peut apporter une contribution majeure, soit par la rapidité et la faible quantité de matériel biologique nécessaire, soit par la précision quantitative des résultats. In each of these areas, molecular combing can make a major contribution, either by the speed and the small quantity of biological material required, or by the quantitative precision of the results.
Le peignage moléculaire permet d'améliorer les possibilités de diagnostic de maladies génétiques, mais il peut également permettre l'étude et la mise en évidence des séquences génomiques responsables desdites maladies. D'ailleurs, actuellement, la mise au point d'un "kit" ou coffret de diagnostic commence par la recherche du gène impliqué dans la pathologie. Molecular combing can improve the diagnostic possibilities of genetic diseases, but it can also allow the study and demonstration of the genomic sequences responsible for said diseases. Moreover, currently, the development of a "kit" or diagnostic kit begins with the search for the gene involved in the pathology.
La recherche de gènes impliqués dans des pathologies (humaines ou autres) est aujourd'hui effectuée en général en plusieurs étapes:
(i) Etablissement d'une population cible d'individus atteints par la pathologies, de leurs descendants, ascendants et collatéraux, et prélèvement d'échantillon sanguins et/ou cellulaires en vue du stockage de matériel génétique (sous forme d'ADN ou de souches cellulaires).The search for genes involved in pathologies (human or otherwise) is generally carried out in several stages:
(i) Establishment of a target population of individuals with pathologies, their descendants, ascending and collateral, and blood and / or cell sample collection for the storage of genetic material (in the form of DNA or cell strains).
(ii) Localisation génétique par analyse de probabilité de coségrégation avec des marqueurs génétiques (linkage analysis). A ce stade de l'étude, on dispose de quelques marqueurs proches localisés sur un (ou plusieurs) chromosome(s) donné(s) qui permettent de passer à l'étape de localisation physique. (ii) Genetic localization by cosegregation probability analysis with genetic markers (linkage analysis). At this stage of the study, we have some close markers located on one (or more) chromosome (s) given (s) that allow to move to the physical location step.
(iii) Cartographie physique : à partir des marqueurs génétiques obtenus à l'étape précédente, un criblage de banques de clones d'ADN humain (YACs, BACs, cosmides ou autres) spécifiques de la ou des régions déterminées à l'étape précédente est effectué. On obtient ainsi un certain nombre de clones contenant les marqueurs précédents. La zone d'intérêt peut être alors cartographiée précisément en utilisant des clones de taille décroissante. Un clonage de la partie du génome considérée peut également être effectuée à nouveau à partir de l'ADN humain. (iii) Physical mapping: from the genetic markers obtained in the previous step, a screening of human DNA clone libraries (YACs, BACs, cosmids or others) specific for the region or regions determined in the previous step is made. A number of clones containing the foregoing markers are thus obtained. The area of interest can then be accurately mapped using clones of decreasing size. Cloning of the part of the genome under consideration may also be performed again from human DNA.
(iv) Recherche du gène : plusieurs techniques peuvent être utilisées à ce stade: exon trapping" (utilisation de librairies de cDNA (ADN couplémentaires obtenus à partir d'ARN messager)), ilôts CpG, conservation de séquences inter-spécifiques, etc, qui permettent d'assigner une séquence codante à l'un (ou plusieurs) des clones sélectionnés aux étapes précédentes. (iv) Gene research: several techniques can be used at this stage: exon trapping "(use of cDNA libraries (coupling DNA obtained from messenger RNA)), CpG islands, conservation of inter-specific sequences, etc., which make it possible to assign a coding sequence to one (or more) of the clones selected in the preceding steps.
L'ensemble de cette stratégie représente un travail important (jusqu'à plusieurs années, éventuellement). Aussi, toute technique permettant d'arriver plus rapidement à l'étape (iv) constitue un atout pour la recherche de gènes mais également dans le diagnostic. This whole strategy represents a lot of work (up to several years, eventually). Also, any technique that makes it possible to reach stage (iv) more quickly is an asset for gene research but also for diagnosis.
Dans l'état actuel de la technique, lorsque le gène a été localisé, par exemple par la méthode précédente, sa détection est en général effectuée grâce à des sondes spécifiques correspondant à la séquence en cause, celle-ci étant amplifiée par des méthodes de type PCR par exemple ou de type LCR (telle que décrite dans le brevet EP 0 439 182) ou une technique de type NASBA (kit commercialisé par la société Organon Tecknika). In the current state of the art, when the gene has been localized, for example by the preceding method, its detection is generally carried out by means of specific probes corresponding to the sequence in question, this being amplified by methods of PCR type for example or LCR type (as described in patent EP 0 439 182) or a NASBA type of technique (kit marketed by Organon Tecknika).
Toutefois, les techniques d'amplification ne sont pas totalement satisfaisantes, notamment pour les hétérozygotes, puisqu'il existe une copie normale du gène dans le génome, de même que dans le cas de grande délétion ou de maladies à séquences répétées où la PCR n'est pas non plus satisfaisante. However, the amplification techniques are not totally satisfactory, especially for heterozygotes, since there is a normal copy of the gene in the genome, as well as in the case of large deletion or of repeated-sequence diseases where PCR n is not satisfactory either.
Le diagnostic d'un grand nombre de maladies génétiques peut être maintenant envisagé en mettant en oeuvre le peignage moléculaire et le marquage de l'ADN. The diagnosis of a large number of genetic diseases can now be envisaged by using molecular combing and DNA labeling.
Le peignage moléculaire est une technique consistant à ancrer des molécules d'ADN par leurs extrémités sur des surfaces dans des conditions physico-chimiques bien définies, suivi de leur étirement à l'aide d'un ménisque en récession, on obtient ainsi des molécules d'ADN alignées parallèlement. L'ADN purifié utilisé peut être de toute taille, et donc notamment de l'ADN génomique extrait de cellules humaines. Molecular combing is a technique of anchoring DNA molecules by their ends on surfaces under well-defined physicochemical conditions, followed by stretching with a meniscus in recession. DNA aligned in parallel. The purified DNA used may be of any size, and therefore in particular genomic DNA extracted from human cells.
Les molécules d'ADN ainsi peignées peuvent être dénaturées avant d'être hybridées avec des sondes d'acides nucléiques marquées par tout moyen approprié, (notamment avec des nucléotides biotine-dUTP, ou digoxygénine-dUTP), lesquelles sont alors révélées, par exemple à l'aide de systèmes d'anticorps fluorescents. The DNA molecules thus combed may be denatured before being hybridized with labeled nucleic acid probes by any appropriate means, (in particular with biotin-dUTP nucleotides, or digoxygenin-dUTP), which are then revealed, for example, using fluorescent antibody systems.
Le peignage moléculaire se caractérisant par une extension constante des molécules peignées, la mesure des longueurs des fragments fluorescents observés à l'aide d'un microscope à épifluorescence (par exemple) donne donc directement la taille des fragments de sondes hybridés. Since molecular combing is characterized by a constant extension of the combed molecules, the measurement of the lengths of the fluorescent fragments observed with the aid of an epifluorescence microscope (for example) thus directly gives the size of the hybridized probe fragments.
Le taux d'extension dépend du type de surface, mais peut être précisément mesuré, il est par exemple de 2 kilobases (kb) par micromètre (crm) dans le cas de surfaces silanisées suivant le protocole décrit dans la référence (1) et mis en oeuvre dans les exemples. The degree of extension depends on the type of surface, but can be accurately measured, for example it is 2 kilobases (kb) per micrometer (crm) in the case of silanized surfaces according to the protocol described in reference (1) and set implemented in the examples.
Lorsque cela est nécessaire, il est possible de prévoir un standard interne, c'est-à-dire un ADN de longueur connue, qui permettra d'étalonner la manipulation. When necessary, it is possible to provide an internal standard, that is to say a DNA of known length, which will calibrate the manipulation.
La présente invention, qui comporte différents modes de mises en oeuvre, concerne essentiellement un procédé de détection de la présence ou de la localisation d'un ou plusieurs gènes ou d'une ou plusieurs séquences d'ADN spécifique A sur un ADN B, caractérisé en ce que: (a) on fixe et on peigne une certaine quantité dudit ADN B sur une
surface de peignage, (b) on fait réagir le produit de peignage B avec une ou plusieurs sondes
marquées, liées au(x) gène(s) ou aux séquences d'ADN spécifiques A, (c) on prélève l'information correspondant à l'une au moins des
catégories suivantes
(1) la position des sondes,
(2) la distance entre sondes,
(3) la taille des sondes (la somme totale des tailles permettant de
quantifier le nombre de sondes hybridées)
pour en déduire la présence, la localisation et/ou la quantité des
gènes ou des séquences d'ADN spécifique A.The present invention, which comprises different modes of implementation, essentially concerns a method of detecting the presence or location of one or more genes or of one or more specific DNA A sequences on a DNA B, characterized in that: (a) a certain amount of said DNA B is fixed and combed on a
combing surface, (b) the combing product B is reacted with one or more probes
labeled, linked to the specific gene (s) or DNA sequences A, (c) the information corresponding to at least one of the
following categories
(1) the position of the probes,
(2) the distance between probes,
(3) the size of the probes (the sum total of the sizes allowing
quantify the number of hybridized probes)
to deduce the presence, location and / or quantity of
genes or specific DNA sequences A.
Dans la présente description, la technologie de peignage fait référence à la technologie décrite dans les documents mentionnés précédemment, de même que la notion de surface de peignage" qui correspond à une surface traitée permettant l'ancrage de l'ADN et son étirement par un ménisque en récession. In the present description, the combing technology refers to the technology described in the aforementioned documents, as well as the concept of "combing surface" which corresponds to a treated surface allowing the anchoring of the DNA and its stretching by a meniscus in recession.
Il faut noter que la surface de peignage est, de préférence, une surface plane sur laquelle les lectures sont plus commodes. It should be noted that the combing surface is preferably a flat surface on which the readings are more convenient.
Par "réaction entre les sondes marquées et l'ADN peigné", on entend toute réaction chimique ou biochimique, en particulier des réactions de type immunologique (par exemple anticorps dirigé contre de l'ADN méthylé), des réactions protéines/ADN ou acides nucléiques/ADN (par exemple l'hybridation entre segments complémentaires). By "reaction between the labeled probes and the combed DNA" is meant any chemical or biochemical reaction, in particular immunological type reactions (for example antibodies directed against methylated DNA), protein / DNA or nucleic acid reactions. / DNA (eg hybridization between complementary segments).
L'hybridation est, en général, précédée d'une dénaturation de l'ADN fixé et peigné, cette technique est connue et ne sera pas décrite en détail. Hybridization is generally preceded by denaturation of the fixed and combed DNA, this technique is known and will not be described in detail.
Par "sonde", on entend aussi bien désigner un polynucléotide comportant au moins 20 nucléotides correspondant à une sonde unique qu'un "contig", c'est-à-dire un ensemble de sondes qui sont contiguës ou chevauchantes et recouvre la zone en cause, ou plusieurs sondes séparées. By "probe" is meant both a polynucleotide having at least 20 nucleotides corresponding to a single probe that a "contig", that is to say a set of probes that are contiguous or overlapping and covers the area in question. cause, or several separate probes.
La longueur des sondes utilisées est comprise, par exemple, entre 5 kb et 4050 kb.The length of the probes used is, for example, between 5 kb and 4050 kb.
Enfin, de façon générale, dans ce qui va suivre on parlera de "génome", il faut bien entendre qu'il s'agit d'une simplification, toute séquence d'ADN ou d'acides nucléiques susceptible d'être fixée sur une surface de peignage est englobée dans cette terminologie. Finally, in a general way, in what will be called "genome", we must understand that this is a simplification, any DNA or nucleic acid sequence that can be fixed on a combing surface is encompassed in this terminology.
En outre, le terme de gène" sera parfois utilisé indifféremment pour désigner une partie de gène" d'origine génomique ou bien une "séquence polynucléotidique" synthétique spécifique. In addition, the term "gene" will sometimes be used interchangeably to designate a portion of gene "of genomic origin or a specific" synthetic polynucleotide sequence ".
Dans un premier mode de mise en oeuvre, le procédé selon l'invention est utilisé pour permettre le diagnostic de cassures dans un génome, de même que pour le clonage positionnel de telles cassures. Il convient de remarquer que le terme cassure" recouvre un grand nombre de modifications locales du génome dont la liste sera explicitée plus tard. In a first embodiment, the method according to the invention is used to enable the diagnosis of breaks in a genome, as well as for the positional cloning of such breaks. It should be noted that the term "break" covers a large number of local modifications of the genome, the list of which will be explained later.
Le procédé selon la présente invention consiste à déterminer la position des éventuels points de cassure impliqués dans une pathologie d'origine génétique par hybridation sur ADN génomique peigné de patients atteints de la dite pathologie, d'une sonde génomique de taille connue (clonée ou autre) située dans la région du gène recherché. Ces points de cassure consistent en points dans la séquence génétique dont l'environnement change sur plusieurs kilobases (kb) entre individu sain et individu malade. The method according to the present invention consists in determining the position of any break points involved in a pathology of genetic origin by hybridization on combed genomic DNA of patients suffering from said pathology, a genomic probe of known size (cloned or otherwise ) located in the region of the desired gene. These breakpoints consist of points in the genetic sequence whose environment changes over several kilobases (kb) between the healthy individual and the sick individual.
Plus particulièrement, la présente invention concerne un procédé de mise en évidence d'une anomalie génétique de cassure dans un génome, caractérisé en ce que (a) on fixe et on peigne une certaine quantité dudit génome sur une
surface de peignage, (b) on hybride le produit de peignage avec une ou plusieurs sondes
spécifiques marquées correspondant à la séquence génomique dont
on cherche l'anomalie, (c) on mesure la taille des fragments correspondant aux signaux
d'hybridations et éventuellement leur répétition, et (d) on en déduit la présence d'une cassure, soit par mesure directe soit
par comparaison avec un étalon.More particularly, the present invention relates to a method for demonstrating a genetic abnormality of breakage in a genome, characterized in that (a) a certain amount of said genome is fixed and combed on a
combing surface, (b) the combing product is hybridized with one or more probes
labeled specific corresponding to the genomic sequence
we look for the anomaly, (c) we measure the size of the fragments corresponding to the signals
hybridizations and possibly their repetition, and (d) we deduce the presence of a break, either by direct measurement or
by comparison with a standard.
A titre d'illustration, la mesure de la taille des fragments conduit à un histogramme, c'est-à-dire une représentation graphique des longueurs des fragments observés. By way of illustration, measuring the size of the fragments leads to a histogram, that is to say a graphical representation of the lengths of the fragments observed.
Afin de réaliser un histogramme de la sonde, on évalue le nombre de clones présentant une longueur de sonde déterminée. En principe l'histogramme ne comporte qu'un ou deux pics suivant le type de cassure analysée, deux pics lorsque la sonde s'hybride en deux fragments séparés et un seul pic lorsqu'elle s'hybride un un seul fragment. In order to make a histogram of the probe, the number of clones having a determined probe length is evaluated. In principle the histogram has only one or two peaks depending on the type of breakage analyzed, two peaks when the probe hybridizes into two separate fragments and a single peak when it hybridizes a single fragment.
Ce procédé peut être également utilisé pour effectuer du clonage positionnel, c'est-à-dire pour déterminer la position d'un ou plusieurs gènes inconnus impliqués dans une pathologie. Le principe consiste, comme précédemment, à hybrider des clones d'ADN humain, ou animal ou végétal, servant alors de sonde sur l'ADN génomique peigné d'un ou de plusieurs patients atteints de la pathologie étudiée. La révélation de ces hybridations permet de mesurer la taille des fragments hybridés et de construire un histogramme des différentes tailles observées. Si le clone utilisé comme sonde recouvre un point de cassure du gène, la signature de ce phénomène sera lisible sur la longueur (plus petite) du fragment hybridé. This method can also be used to perform positional cloning, i.e., to determine the position of one or more unknown genes involved in a pathology. The principle consists, as before, in hybridizing clones of human or animal or plant DNA, thus serving as a probe on the combed genomic DNA of one or more patients with the pathology studied. The revelation of these hybridizations makes it possible to measure the size of the hybridized fragments and to construct a histogram of the different sizes observed. If the clone used as a probe covers a breakpoint of the gene, the signature of this phenomenon will be readable over the (smaller) length of the hybridized fragment.
L'utilisation d'un nombre limité de clones spécifiques de la région incriminée qui pourra avoir été déduite par analyse de liaison génétique ( linkage analysis"), permettra ainsi une détermination rapide et précise de la position d'un point de cassure, d'une délétion ou de tout autre remaniement génétique. The use of a limited number of specific clones of the incriminated region that may have been deduced by linkage analysis ", will thus allow a rapid and accurate determination of the position of a breakpoint. a deletion or any other genetic reworking.
Dans ce cas évidemment, on recherche la cassure afin de la cartographier, dans le diagnostic la cassure est connue, c'est sa présence ou son absence qui est recherchée. In this case, of course, we search for the break in order to map it, in the diagnosis the break is known, it is its presence or absence that is sought.
Deux cas de figure peuvent se présenter (dans l'hypothèse où il existe un point de cassure dans la région du génome impliquée dans le pathologie): (i) la sonde ne chevauche pas le point de cassure, (ii) la sonde chevauche le point de cassure. Two cases may occur (assuming a breakpoint in the region of the genome involved in the pathology): (i) the probe does not overlap the breakpoint, (ii) the probe overlaps the break point.
Dans le cas (i), la mesure des longueurs des sondes fluorescentes est comparable à celle qui serait obtenue avec la même sonde hybridée sur un ADN génomique non pathologique de même nature (c'est-àdire essentiellement, de même taille et préparé dans les mêmes conditions). In the case (i), the measurement of the lengths of the fluorescent probes is comparable to that which would be obtained with the same hybridized probe on a non-pathological genomic DNA of the same kind (that is to say essentially, of the same size and prepared in the same conditions).
Dans le cas (ii), au contraire, la sonde étant systématiquement hybridée sur deux morceaux (ou davantage) séparés dans l'ADN génomique peigné (par définition de l'existence d'un point de cassure), la mesure des longueurs des sondes fluorescentes hybridées se distingue du résultat obtenu par hybridation sur un ADN génomique non pathologique. De surcroît, la taille des fragments hybridés sur l'ADN pathologique permet d'estimer la position du point de cassure au sein du clone avec une précision de quelques kb. In the case (ii), on the contrary, the probe being systematically hybridized on two (or more) separate pieces in the combed genomic DNA (by definition of the existence of a breakpoint), the measurement of the lengths of the probes hybridized fluorescents is distinguished from the result obtained by hybridization on non-pathological genomic DNA. In addition, the size of the hybridized fragments on the pathological DNA makes it possible to estimate the position of the breakpoint within the clone with an accuracy of a few kb.
De ce fait, il ne reste alors plus qu'à rechercher le gène dans ce clone. Pratiquement, il s'agira de répéter ces mesures pour l'ensemble des clones susceptibles de recouvrir partiellement la zone correspondant au gène. Le nombre de lames d'hybridations pourra être réduit en hybridant simultanément plusieurs sondes marquées différemment, ou en utilisant une méthode de codage par combinaison de couleurs, comme cela sera décrit ci-après. As a result, all that remains is to search for the gene in this clone. In practice, it will be a matter of repeating these measurements for all the clones capable of partially covering the zone corresponding to the gene. The number of hybridization slides can be reduced by simultaneously hybridizing several differently labeled probes, or by using a color combination coding method, as will be described hereinafter.
Cette technique permet de déterminer la position des éventuels points de cassure de la région du génome impliquée dans une pathologie génétique par hybridation d'ADN génomique clôné sur de l'ADN génomique peigné provenant de patients. Cette technique s'applique donc à la recherche de régions du génome responsables de pathologies dues à: - la délétion d'une partie ou de la totalité de cette région du génome. This technique makes it possible to determine the position of the possible break points of the region of the genome involved in a genetic pathology by hybridization of genomic DNA cloned on combed genomic DNA from patients. This technique therefore applies to the search for regions of the genome responsible for pathologies due to: the deletion of part or all of this region of the genome.
- la translocation de toute ou partie de cette région du génome. translocation of all or part of this region of the genome.
- la duplication ou présence de plusieurs copies de toute ou partie de cette
région du génomel en son sein ou en tout autre endroit du génome.- the duplication or presence of several copies of all or part of this
genomic region within or within the genome.
- I'insertion de toute séquence génétique à l'intérieur de cette région du
génome.- the insertion of any genetic sequence within that region of
genome.
Dans un second mode de mise en oeuvre et dans certains cas particuliers, notamment lorsque l'anomalie génétique recherchée comporte des délétions importantes ou des duplications (cas des trisomies par exemple), le procédé objet de la présente invention peut être modifié puisqu'il s'agit alors de doser les gènes ou une séquence particulière. In a second embodiment and in particular cases, especially when the desired genetic abnormality involves significant deletions or duplications (for example trisomies), the method which is the subject of the present invention can be modified since It then acts to dose the genes or a particular sequence.
Plus particulièrement, la présente invention concerne un procédé de dosage d'une séquence génomique déterminée dans un génome, caractérisé en ce que (a) on fixe et on peigne une certaine quantité dudit génome sur une
surface de peignage, (b) on hybride le produit de peignage avec une sonde témoin marquée de
longueur it correspondant à une séquence génomique dite témoin,
c'est-à-dire dont on connaît le nombre de copies dans le génome, et
avec une sonde spécifique marquée de longueur lc correspondant à la
séquence génomique à doser, lesdites sondes pourront être identifiées
séparément, (c) on mesure alors la longueur totale des signaux d'hybridation pour les
deux sondes, soit Lc et Lt, (d) on calcule pour chacune le nombre de copies de la séquence
correspondant par le rapport
LT Lc Nt ~~~~~~~ = et = ~~~~~~~~
lt lc
et on en déduit le nombre de copies de la séquence à doser par rapport à
la séquence témoin.More particularly, the present invention relates to a method for assaying a genomic sequence determined in a genome, characterized in that (a) a certain amount of said genome is fixed and combed on a
combing surface, (b) the combing product is hybridized with a control probe marked with
length it corresponding to a so-called control genomic sequence,
that is to say, whose number of copies in the genome is known, and
with a specific probe marked with length lc corresponding to the
genomic sequence to be assayed, said probes can be identified
(c) then measure the total length of the hybridization signals for the
two probes, Lc and Lt, (d) we calculate for each the number of copies of the sequence
corresponding by the report
LT Lc Nt ~~~~~~~ = and = ~~~~~~~~
lt lc
and we deduce the number of copies of the sequence to be assayed with respect to
the control sequence.
Dans le cas du diagnostic pré-natal de la trisomie 21, la méthode pourra consister en l'hybridation d'une sonde cosmidique spécifique d'un chromosome témoin (chromosome 1, par exemple- sonde de longueur It) marquée avec des nucléotides biotinilés, et l'hybridation d'une sonde cosmidique spécifique du chromosome 21 (sonde de longueur lc) marquée à la digoxygénine sur de l'ADN génomique peigné extrait de prélèvements amniotiques. In the case of pre-natal diagnosis of trisomy 21, the method may consist in the hybridization of a cosmid probe specific for a control chromosome (chromosome 1, for example-length probe It) labeled with biotinylated nucleotides, and hybridization of a chromosome 21-specific cosmid probe (digoxygenin-labeled probe length lc) to combed genomic DNA extracted from amniotic specimens.
Par exemple, on pourra utiliser un système de révélation avidine-Texas Red (couleur rouge) pour la sonde témoin et antidigoxygénine
FITC (couleur verte) pour la sonde spécifique: la longueur totale des signaux d'hybridation rouges observés dans une zone donnée de la surface, LT, et la longueur totale des signaux d'hybridation verts observés dans la même zone, ou dans une zone équivalente de la surface, LC, conduisent donc aux nombres Nt et Nc définis ci-dessus.For example, an avidin-Texas Red revelation system (red color) may be used for the control and antidigoxygenin probe
FITC (green color) for the specific probe: the total length of the red hybridization signals observed in a given area of the surface, LT, and the total length of green hybridization signals observed in the same area, or in an area equivalent of the surface, LC, thus lead to the numbers Nt and Nc defined above.
Le rapport Nc/Nt proche de 1 signalera un génotype normal (2 chromosomes 21 pour 2 chromosomes 1), alors qu'un rapport proche de 1.5 signalera un génotype trisomique (3 chromosomes 21 pour 2 chromosomes 1). The ratio Nc / Nt close to 1 will signal a normal genotype (2 chromosomes 21 for 2 chromosomes 1), while a ratio close to 1.5 will indicate a trisomic genotype (3 chromosomes 21 for 2 chromosomes 1).
Dans le cas du diagnostic d'oncogènes ou proto-oncogènes, la même méthode pourra être employée: une sonde témoin sera hybridée et révélée en rouge par exemple et une sonde correspondant au gène ou à une partie du gène recherché sera hybridée et révélée en vert par exemple. In the case of the diagnosis of oncogenes or proto-oncogenes, the same method can be used: a control probe will be hybridized and revealed in red for example and a probe corresponding to the gene or part of the desired gene will be hybridized and revealed in green for example.
Aprés les mesures effectuées comme ci-dessus, le rapport Nc/Nt donnera l'abondance relative du gène par rapport à la fréquence de deux copies par génome diploïde.After the measurements carried out as above, the Nc / Nt ratio will give the relative abundance of the gene with respect to the frequency of two copies per diploid genome.
La méthylation aberrante des ilots GpC observée fréquemment dans de nombreux cancers (92% des cancers du colon) peut aussi être détectée par le procédé selon l'invention par réaction entre l'ADN peigné et des anticorps fluorescents dirigés contre les cytosines méthylées. The aberrant methylation of GpC islands frequently observed in many cancers (92% of colon cancers) can also be detected by the process according to the invention by reaction between the combed DNA and fluorescent antibodies directed against methylated cytosines.
En effet, la perte de l'hétérozygotie sur le chromosome 9p21 est l'une des altérations génétiques les plus fréquentes identifiées dans les cancers humains. Le gène suppresseur de tumeur CDKN2/pl6/MTS1 localisé dans cette région est fréquemment inactivé dans beaucoup de cancers humains par délétion homozygote. Toutefois, on a rapporté un autre mode d'inactivation qui implique la perte de la transcription associée avec une méthylation de novo des ilots 5' GpC de CDKN2/pl6 dans les cancers des poumons, les gliomes et les carcinomes à desquamation de la tête et du cou. Indeed, the loss of heterozygosity on chromosome 9p21 is one of the most common genetic alterations identified in human cancers. The tumor suppressor gene CDKN2 / p16 / MTS1 located in this region is frequently inactivated in many human cancers by homozygous deletion. However, another mode of inactivation has been reported which involves the loss of transcription associated with de novo methylation of 5 'GpC islands of CDKN2 / pl6 in lung cancers, gliomas and carcinomas of desquamation of the head and by the neck.
Ces méthylations aberrantes des ilots GpC arrivent également fréquemment dans des lignées cellulaires de cancers du sein (33%), de la prostate (60%), du rein (23%) et du colon (92%). These aberrant GpC islet methylations also frequently occur in breast cancer (33%), prostate (60%), kidney (23%) and colon (92%) cell lines.
La localisation précise des aires de méthylation sur un gène est d'une très grande importance pour la compréhension du mécanisme du développement du cancer et pour un test de "screening" possible. Le peignage moléculaire peut détecter avec une précision de quelques Kbp la localisation de tels ilots GpC impliqués dans le développement du cancer. The precise location of methylation areas on a gene is of great importance for understanding the mechanism of cancer development and for a possible screening test. Molecular combing can detect with a precision of some Kbp the location of such GpC islands involved in the development of cancer.
Cette technique permettant de déterminer le nombre de copies d'un gène dans un génome peut éventuellement être utilisée pour détecter l'absence d'une partie du génome. This technique for determining the number of copies of a gene in a genome can optionally be used to detect the absence of part of the genome.
Dans le cas d'une pathologie caractérisée par la délétion d'une partie importante d'un chromosome, il suffit en effet de prendre pour séquence cible un clone contenu dans la zone délétée, et pour séquence témoin un clone extérieur à cette zone. Il est de la sorte possible de détecter des délétions de la taille d'un clone cosmidique (30-50 kb) ou supérieure. In the case of a pathology characterized by the deletion of a large part of a chromosome, it is indeed necessary to take as a target sequence a clone contained in the deleted area, and for control sequence a clone outside this area. It is thus possible to detect deletions the size of a cosmid clone (30-50 kb) or greater.
Si l'on dispose d'une densité de molécules peignées suffisante, il est envisageable de détecter des délétion plus petites (quelques kb), correspondant à une partie de la séquence cible utilisée. If there is a sufficient density of combed molecules, it is possible to detect smaller deletions (a few kb), corresponding to a part of the target sequence used.
L'incertitude statistique sur le rapport Nc/Nt est d'ordre 1//Nc + 1//Nt. Il importe donc d'avoir un grande nombre de sondes hybridées, typiquement Nc, Nt > 100. The statistical uncertainty on the ratio Nc / Nt is of order 1 // Nc + 1 // Nt. It is therefore important to have a large number of hybridized probes, typically Nc, Nt> 100.
Cependant, dans la pratique, il est aussi possible d'augmenter la précision de ces mesures en utilisant, non pas un mais plusieurs types de sondes témoins et de sondes cibles, sans nécessairement chercher à distinguer entre ces types de sondes, c'est-à-dire en les révélant toutes de la même façon. However, in practice, it is also possible to increase the accuracy of these measurements by using not one but several types of control probes and target probes, without necessarily trying to distinguish between these types of probes. ie by revealing them all in the same way.
La possibilité d'obtenir un tel nombre de signaux a été démontrée: il est possible de recenser une centaine de signaux sur une surface de verre silanisée de 20x20 mm de surface utile. Cette densité pourra être considérablement augmentée dès lors qu'on dispose d'une quantité importante d'ADN. The possibility of obtaining such a number of signals has been demonstrated: it is possible to count a hundred signals on a silanized glass surface of 20x20 mm of useful area. This density can be considerably increased when there is a large amount of DNA.
Il apparaît qu'un nombre suffisant de génome par surfaces de 20 x 20 mm d'aire utile se situe aux alentours de 100, lorqu'une seule sonde est utilisée. Dans le cas de l'utiiisation de plusieurs sondes, ou de sondes plus grandes, il est envisageable de pouvoir réduire soit: - la surface de peignage et donc la surface analysée. It appears that a sufficient number of genomes per area of 20 x 20 mm of useful area is around 100, when only one probe is used. In the case of the use of several probes, or larger probes, it is conceivable to be able to reduce either: the combing surface and thus the analyzed surface.
- la densité d'ADN utilisée, donc le nombre de génomes peignés en surface. the density of DNA used, therefore the number of genomes combed on the surface.
Suivant la contrainte principale (rapidité exigée, ou ADN en quantité limitée), I'une ou l'autre de ces deux voies pourra être utilisée. Depending on the main constraint (speed required, or DNA in limited quantity), one or the other of these two ways could be used.
La technique exposée implique l'utilisation de protocoles de préparation stricts mais sans difficultés techniques particulières. Au niveau de l'analyse des signaux, aucune qualification particulière n'est nécessaire, rendant de la sorte la technique généralisable à tous les laboratoires possédant un personnel avec des compétences minimales en biologie moléculaire. The exposed technique involves the use of strict preparation protocols but without particular technical difficulties. At the signal analysis level, no particular qualification is needed, thus making the technique generalizable to all labs with staff with minimal skills in molecular biology.
Quelques centaines de milliers de cellules devraient en principe suffire pour préparer une solution d'ADN génomique conduisant à une densité importante de molécules peignées sur les surfaces d'analyse. Il n'est donc plus en principe nécessaire de réaliser de cultures cellulaires dans la plupart des cas. L'ensemble prélèvement-analyse devrait donc pouvoir être réalisé en quelques jours. Hundreds of thousands of cells should in principle be sufficient to prepare a genomic DNA solution leading to a high density of combed molecules on the analysis surfaces. It is therefore no longer necessary in principle to carry out cell cultures in most cases. The collection-analysis package should be able to be realized in a few days.
La simplicité des signaux à analyser (parallèles et distincts du bruit de fond d'hybridation) permet d'envisager une automatisation complète du processus d'analyse des signaux (scan des surfaces, acquisition et exploitation des mesures). L'intégration avec un système de stockage de surfaces correspondant à différents patients permet d'envisager des rendements important, donnant la possibilité de fournir divers types de diagnostics en quelques jours. The simplicity of the signals to be analyzed (parallel and distinct from the hybridisation background noise) makes it possible to envisage a complete automation of the signal analysis process (surface scanning, acquisition and operation of the measurements). Integration with a system of storage of surfaces corresponding to different patients makes it possible to consider important returns, giving the possibility to provide various types of diagnoses in a few days.
Le procédé décrit précédemment peut permettre différents types de diagnostics: comptage de chromosome (trisomie, monosomie, etc.), comptage des exemplaires d'un gène, détection de délétions connues, ou autres modifications chromosomiques se traduisant par une modification de la longueur hybridée d'une sonde génomique donnée par génome. The method described above can allow different types of diagnosis: chromosome counting (trisomy, monosomy, etc.), counting copies of a gene, detection of known deletions, or other chromosomal modifications resulting in a modification of the hybridized length of the gene. a genomic probe given by genome.
Il est à noter qu'il est aussi possible de détecter une délétion partielle sur un seul allèle. It should be noted that it is also possible to detect a partial deletion on a single allele.
Ces différents types de diagnostics peuvent être combinés grâce à l'utilisation de systèmes de révélation multiples (plusieurs couleurs, ou combinaison de couleurs), ou tout autre méthode permettant la distinction entre les signaux d'hybridation provenant de sondes distinctes et destinées à un diagnostic précis. These different types of diagnostics can be combined through the use of multiple visualization systems (multiple colors, or combination of colors), or any other method allowing the distinction between hybridization signals from separate probes and intended for diagnosis. specific.
La présente invention concerne également des "kits" de diagnostic comportant au moins l'un des éléments suivants - une surface de peignage, - des sondes marquées ou destinées à être marquées, correspondant aux
anomalies à détecter, - un dispositif permettant le peignage de l'ADN, - un génome témoin et les sondes témoins correspondantes, ledit
génome étant éventuellement fixé sur la surface à peigner.The present invention also relates to "kits" for diagnosis comprising at least one of the following elements - a combing surface, - probes marked or intended to be marked, corresponding to the
abnormalities to be detected; a device for combing the DNA; a control genome and the corresponding control probes;
genome possibly being fixed on the surface to be combed.
Le principe de la technique reposant sur le peignage de l'ADN du patient, cette étape de préparation de l'ADN nécessite des protocoles d'extraction, peignage et le matériel correspondant (surfaces traitées, appareil de peignage moléculaire). The principle of the technique based on the combing of the DNA of the patient, this step of preparation of the DNA requires extraction protocols, combing and the corresponding material (treated surfaces, molecular combing apparatus).
Le diagnostic lui-même nécessite l'hybridation de sondes nucléotidiques spécifiques et la révélation de ces sondes par des systèmes d'anticorps. Un codage par couleur pouvant en outre être effectué dans le cas de diagnostics combinés, il est donc possible de proposer des lots de sondes pré-marquées correspondant à un catalogue de diagnostics particuliers. The diagnosis itself requires the hybridization of specific nucleotide probes and the discovery of these probes by antibody systems. Furthermore, color coding can be performed in the case of combined diagnostics, so it is possible to provide pre-marked probe batches corresponding to a particular diagnostic catalog.
L'analyse nécessitant la mesure de la longueur des signaux, un système d'analyse de ces signaux (logiciel et matériel automatique) ressortit également de cette invention. Since the analysis requires the measurement of the length of the signals, a system for analyzing these signals (software and automatic equipment) also emerges from this invention.
Enfin, dans un troisième mode de mise en oeuvre, la présente invention concerne un procédé permettant notamment la cartographie physique d'un génome. Finally, in a third mode of implementation, the present invention relates to a method allowing in particular the physical mapping of a genome.
Le but de la cartographie physique étant l'ordonnancement de clone au sein d'un génome, le peignage moléculaire s'applique naturellement à cet objectif, par simple hybridation des clones sur le génome peigné (par exemple, dans le cas d'un YAC, le génome entier de la levure peut être peigné, pour faire l'économie de la séparation du chromosome artificiel des chromosomes naturels de la levure). Since the goal of physical mapping is clone scheduling within a genome, molecular combing is naturally applicable to this goal by simply hybridizing clones to the combed genome (for example, in the case of a YAC , the entire genome of the yeast can be combed, to avoid the separation of the artificial chromosome from the natural chromosomes of the yeast).
La position des clones est obtenue par mesure directe de leur distance à un clone de référence, ou à tout autre signal d'hybridation de référence sur le génome peigné. L'extension constante de l'ADN peigné permet alors d'établir directement en kilobases (kb) la position respective des clones ainsi que leur taille. The position of the clones is obtained by direct measurement of their distance to a reference clone, or to any other reference hybridization signal on the combed genome. The constant extension of the combed DNA then makes it possible to directly establish in kilobases (kb) the respective position of the clones as well as their size.
La méthode que nous proposons permet de minimiser le nombre d'hybridations nécessaires à l'ordonnancement d'un nombre donné de clones, étant donné un nombre fixé de couleurs de révélation des hybridations. The method we propose makes it possible to minimize the number of hybridizations necessary for the scheduling of a given number of clones, given a fixed number of hybridization revealing colors.
L'invention concerne un procédé, caractérisé en ce que (a) on fixe et on peigne une certaine quantité dudit génome sur une
surface de peignage, (b) on hybride le produit de peignage avec des sondes colorées
correspondant à chaque clone, (c) on prélève l'information correspondant à la place de chaque clone
ainsi que les tailles et les distances correspondantes sur le génome, (d) on réitère les opérations b) et c) n fois en modifiant les couleurs des
clones, sachant qu'avec p couleurs différentes au bout de n
hybridations on peut positionner pn clones.The invention relates to a method, characterized in that (a) a certain amount of said genome is fixed and combed on a
combing surface, (b) the combing product is hybridized with colored probes
corresponding to each clone, (c) the corresponding information is taken instead of each clone
as well as the corresponding sizes and distances on the genome, (d) the operations b) and c) n times are repeated by modifying the colors of the
clones, knowing that with p different colors after n
hybridizations one can position pn clones.
Dans le cadre des méthodes standards de cartographie, le nombre d'hybridation I, nécessaires pour cartographier N clones à l'aide de p couleurs, croît linéairement avec le nombre de clones, N. In the context of standard mapping methods, the number of hybridizations I, necessary to map N clones using p colors, increases linearly with the number of clones, N.
Ainsi, avec 3 couleurs, il est aujourd'hui nécessaire d'effectuer au moins 15 hybridations du type précédent pour cartographier 30 clones. Thus, with 3 colors, it is now necessary to perform at least 15 hybridizations of the above type to map 30 clones.
Ce nombre d'hybridation est imp
A= Rouge puis Rouge
B= Vert puis Vert
C= Rouge puis Vert
D= Vert puis Rouge
De 5 à 8 clones, 3 hybridations seront nécessaires, pour distinguer les clones par une succession de 3 couleurs.This number of hybridization is imp
A = Red then Red
B = Green then Green
C = Red then Green
D = Green then Red
From 5 to 8 clones, 3 hybridizations will be necessary, to distinguish the clones by a succession of 3 colors.
Plus généralement, à l'aide de p couleurs, pour cartographier
N clones, il suffira d'un nombre d'hybridations l tel que: N = pI
Par comparaison avec la méthode standard, 30 clones pourront être cartographié en 5 hybridations (au lieu de 30) si l'on ne dispose que de 2 couleurs, et en seulement 4 hybridations (au lieu de 15) si l'on dispose de 3 couleurs.More generally, using p colors, to map
N clones, it will suffice a number of hybridizations l such that: N = pI
By comparison with the standard method, 30 clones can be mapped in 5 hybridizations (instead of 30) if only 2 colors are available, and in only 4 hybridizations (instead of 15) if there are 3 colors.
Le principe de cartographie présenté ici est simple. Cependant, afin de surmonter certains artefacts expérimentaux possibles (dispersion de tailles des signaux, variabilité de la saturation, cassure des molécules, etc.), l'on utilisera avec avantage un logiciel de traitement d'images et d'analyse statistique adéquat. The mapping principle presented here is simple. However, in order to overcome certain possible experimental artefacts (signal size dispersion, saturation variability, molecule breakage, etc.), it will be advantageous to use image processing software and adequate statistical analysis.
Les exemples ci-après permettront de mieux comprendre d'autres caractéristiques et avantages de la présente invention. The following examples will better understand other features and advantages of the present invention.
Légendes des figures
Figure la: illustration du cas d'un clone (rouge) chevauchant le gène (et donc le point de cassure) recherché. Les zones hachurées doivent être imaginées comme absentes, ce qui implique notamment que lorsque deux segments de sondes se trouvent de part et d'autre, ils ne font en fait qu'un segment d'une longueur égale à la somme de leurs longueurs. Le(s) chromosome(s) sousjacents sont représentés par des barres blanches.Legends of the figures
Figure la: illustration of the case of a clone (red) overlapping the gene (and therefore the point of breakage) sought. The hatched areas must be imagined as absent, which implies in particular that when two segments of probes are on both sides, they are actually only a segment of a length equal to the sum of their lengths. The underlying chromosome (s) are represented by white bars.
(a) situation chez un patient sain.(a) situation in a healthy patient.
(bl) délétion(s) d'une partie du gène. (b2) délétion de la totalité du gène. (bl) deletion (s) of a part of the gene. (b2) deletion of the entire gene.
(c1 ) et (c2) translocation d'une partie du gène. (c3) translocation de la totalité du gène. (c1) and (c2) translocation of a part of the gene. (c3) translocation of the entire gene.
(dl) duplication(s) d'une partie du gène (éventuellement avec inversion).(dl) duplication (s) of a part of the gene (possibly with inversion).
(d2) duplication(s) de la totaiité du gène (éventuellement avec inversion).(d2) duplication (s) of the totality of the gene (possibly with inversion).
(d3) répétition(s) d'une partie du gène dans une autre partie du génome. (e) insertion(s) dans le gène, d'une partie différente du gène (et du génome clôné). (d3) repetition (s) of a part of the gene in another part of the genome. (e) insertion (s) into the gene of a different part of the gene (and the cloned genome).
Figure lb: histogrammes idéaux des longueurs de clones hybridés correspondant aux situations précédentes. Dans tous les cas (un ou deux pics), la situation est clairement distinguable de celle du clone entier (a).Figure lb: ideal histograms lengths of hybridized clones corresponding to the previous situations. In all cases (one or two peaks), the situation is clearly distinguishable from that of the whole clone (a).
Figure 2a: illustration du cas d'un clone chevauchant partiellement le gène recherché.Figure 2a: illustration of the case of a clone partially overlapping the desired gene.
(a) situation chez un patient sain.(a) situation in a healthy patient.
(bl) délétion(s) d'une partie du gène. Une autre situation n'a pas été représentée, où la partie délétée est incluse entièrement dans le clone (cf cas correspondant du schéma 1 a). (bl) deletion (s) of a part of the gene. Another situation has not been shown, where the deleted part is included entirely in the clone (cf corresponding case of diagram 1a).
(b2) délétion de la totalité du gène.(b2) deletion of the entire gene.
(c1 ) et (c2) translocation(s) d'une partie du gène. Une autre situation, correspondant au cas (c2) du schéma la n'a pas été représentée, où la partie transloquée est entièrement comprise dans le clone. (c1) and (c2) translocation (s) of a part of the gene. Another situation, corresponding to the case (c2) of the scheme la has not been represented, where the translocated part is entirely included in the clone.
(c3) translocation(s) de la totalité du gène.(c3) translocation (s) of the entire gene.
(dl) duplication(s) d'une partie du gène repérée par une double flèche (la partie dupliquée est entièrement incluse dans le clone). (d2) duplication(s) d'une partie du gène avec inversion. (d3) duplication(s) d'une partie du gène (la partie dupliquée est partiellement incluse dans le clone).(d1) duplication (s) of a part of the gene identified by a double arrow (the duplicated part is entirely included in the clone). (d2) duplication (s) of a part of the gene with inversion. (d3) duplication (s) of a part of the gene (the duplicated part is partially included in the clone).
(d4) duplication(s) de la totalité du gène (sans inversion).(d4) duplication (s) of the entire gene (without inversion).
(d5) répétition(s) d'une partie du gène dans une autre partie du génome.(d5) repetition (s) of a part of the gene in another part of the genome.
(e) insertion(s) dans le gène d'une partie différente du gène (et du génome clôné).(e) insertion (s) into the gene of a different part of the gene (and the cloned genome).
Figure 2b: histogrammes idéaux des longueurs de clones hybridés correspondant aux situations précédentes. Dans tous les cas (un ou deux pics), la situation est clairement distinguable de celle du clone entier (a).FIG. 2b: ideal histograms of the lengths of hybridized clones corresponding to the preceding situations. In all cases (one or two peaks), the situation is clearly distinguishable from that of the whole clone (a).
Figure 3a: illustration du cas d'un clone inclu totalement dans le gène recherché.Figure 3a: illustration of the case of a clone included totally in the desired gene.
(a) situation chez un patient sain.(a) situation in a healthy patient.
(bl ) délétion(s) d'une partie du gène. Une autre situation n'a pas été représentée, où la partie délétée est incluse entièrement dans le clone (cf cas correspondant du schéma 1 a).(bl) deletion (s) of a part of the gene. Another situation has not been shown, where the deleted part is included entirely in the clone (cf corresponding case of diagram 1a).
(b2) délétion de la totalité du gène.(b2) deletion of the entire gene.
(c1 ) et (c2) translocation(s) d'une partie du gène. Une autre situation, correspondant au cas (c2) du schéma la n'a pas été représentée, où la partie transloquée est entièrement comprise dans le clone. (c1) and (c2) translocation (s) of a part of the gene. Another situation, corresponding to the case (c2) of the scheme la has not been represented, where the translocated part is entirely included in the clone.
(c3) translocation(s) de la totalité du gène.(c3) translocation (s) of the entire gene.
(dl) duplication(s) d'une partie du gène repérée par une double flèche (la partie dupliquée est entièrement incluse dans le clone). (d2) duplication(s) d'une partie du gène avec inversion. (d3) duplication(s) d'une partie du gène (la partie dupliquée est partiellement incluse dans le clone).(d1) duplication (s) of a part of the gene identified by a double arrow (the duplicated part is entirely included in the clone). (d2) duplication (s) of a part of the gene with inversion. (d3) duplication (s) of a part of the gene (the duplicated part is partially included in the clone).
(d4) duplication(s) de la totalité du gène (sans inversion).(d4) duplication (s) of the entire gene (without inversion).
(d5) répétition(s) d'une partie du gène dans une autre partie du génome.(d5) repetition (s) of a part of the gene in another part of the genome.
(e) insertion(s) dans le gène d'une partie différente du gène (et du génome clôné).(e) insertion (s) into the gene of a different part of the gene (and the cloned genome).
Figure 3b: histogrammes idéaux des longueurs de clones hybridés correspondant aux situations précédentes. Dans tous les cas (un ou deux pics), la situation est clairement distinguable de celle du clone entier (a).FIG. 3b: ideal histograms of the lengths of hybridized clones corresponding to the preceding situations. In all cases (one or two peaks), the situation is clearly distinguishable from that of the whole clone (a).
Figure 4: Histogrammes des longueurs du modèle en escalier. Etude de l'influence de la taille caractéristique.Figure 4: Histograms of the lengths of the staircase model. Study of the influence of the characteristic size.
Figure 5: Histogrammes des longueurs du modèle en escalier. Etude de l'influence du taux de cassure.Figure 5: Histograms of the lengths of the staircase model. Study of the influence of the breakage rate.
Figure 6: Histogrammes des longueurs du modèle gaussien. Etude de l'influence de la taille caractéristique.Figure 6: Histograms of the lengths of the Gaussian model. Study of the influence of the characteristic size.
Figure 7: Histogrammes des longueurs du modèle gaussien. Etude de l'influence du taux de cassure.Figure 7: Histograms of the lengths of the Gaussian model. Study of the influence of the breakage rate.
Figure 8: Simulation d'histogrammes dans le cas de l'hybridation d'un BAC (125 kb) sur un point de cassure: (a) fragments de 35 et 90 kb, (b) fragments de 50 et 75 kb, (c) fragments de 60 et 65 kb, (d) situation témoin.Figure 8: Simulation of histograms in the case of hybridization of a BAC (125 kb) on a breakpoint: (a) fragments of 35 and 90 kb, (b) fragments of 50 and 75 kb, (c ) 60 and 65 kb fragments, (d) control situation.
Figure 9: illustration du principe de la cartographie sans codage couleur.Figure 9: illustration of the principle of mapping without color coding.
Chaque ligne représente le positionnement possible du nouveau sous-clone cartographié par rapport à celui avec lequel il est hybridé. L'orientation des deux premiers clones est arbitraire.Each line represents the possible positioning of the new mapped subclone compared to the one with which it is hybridized. The orientation of the first two clones is arbitrary.
A chaque étape, deux positions de part et d'autre de l'ancien clone utilisé sont possibles pour le nouveau clone hybridé.At each stage, two positions on either side of the old clone used are possible for the new hybridized clone.
Figure 10: illustration du principe de la cartographie avec codage couleur.Figure 10: illustration of the principle of color coded cartography.
A chaque hybridation, les mêmes sous-clones sont hybridés, donnant lieu à un même motif (canevas) d'hybridation si l'on fait abstraction de l'information de couleur. Les deux palettes de couleur utilisées permettent de repérer sans ambiguïté chacun des sous-clones (principe du codage). At each hybridization, the same subclones are hybridized, giving rise to the same pattern (pattern) of hybridization if the color information is ignored. The two color palettes used make it possible to unambiguously identify each of the subclones (coding principle).
MATERIEL ET METHODES
Méthode des histowrammes
Le schéma de la figure la présente un certain nombre de ces situations dans le cas d'une sonde recouvrant totalement la région du génome cherchée (région contenant toute séquence génomique dont la modification entraîne l'apparition de la pathologie). De préférence, la sonde recouvre une partie du génome non impliqué dans la cassure, c'est-à-dire de part et d'autre de la délétion par exemple.MATERIAL AND METHODS
Histowrams method
The diagram of FIG. 1a presents a certain number of these situations in the case of a probe completely covering the region of the genome sought (region containing any genomic sequence whose modification causes the appearance of the pathology). Preferably, the probe covers a part of the genome not involved in the break, that is to say on either side of the deletion for example.
Les histogrammes théoriques correspondant (dans l'hypothèse où l'ADN génomique peigné est intact, ce qui est naturellement peu réaliste, et qui sera discuté dans la troisième partie) sont présentés sur le schéma de la figure lb. Des situations similaires sont représentées dans le cas où le clone utilisé ne recouvre pas totalement le gène (ou la région du génome) recherché sur les schémas des figures 2a et 3a. The corresponding theoretical histograms (assuming that the combed genomic DNA is intact, which is naturally unrealistic, and which will be discussed in the third part) are presented in the diagram of Figure 1b. Similar situations are represented in the case where the clone used does not fully cover the gene (or the region of the genome) sought on the diagrams of FIGS. 2a and 3a.
Dans la suite, on utilisera indifféremment l'expression cette région de génome" (sous-entendu impliquée dans la pathologie) ou "le gène", dans la mesure où la technique ne permet pas de déterminer à proprement parler un gène, mais une région du génome subissant des altérations (se traduisant par un "point de cassure"). In the following, we will indifferently use the expression this region of genome "(implied in the pathology) or" the gene ", since the technique does not allow to determine strictly speaking a gene, but a region of the genome undergoing alterations (resulting in a "breakpoint").
L'ensemble des situations représentées sur les schémas précédents donne une idée de la différence attendue entre une situation où la sonde clônée utilisée s'hybride sur une région du génome d'un individu sain qui est modifiée dans le cas d'un individu malade. The set of situations represented in the preceding diagrams gives an idea of the expected difference between a situation where the cloned probe used hybridizes to a region of the genome of a healthy individual that is modified in the case of a sick individual.
Dans tous les cas présentés (sauf celui d'une translocation de tout ou partie du gène contenant la totalité du clone - cf schéma 3a (c3)),
I'histogramme (théorique) se distingue de l'histogramme "normal": - soit par la présence d'un seul pic mais situé à une valeur différente de
la longueur du clone (supérieure - cas (d2) par exemple, ou inférieure
- cas (bl )).In all the cases presented (except that of a translocation of all or part of the gene containing the entire clone - see scheme 3a (c3)),
The (theoretical) histogram differs from the "normal" histogram: - either by the presence of a single peak but situated at a value different from
the length of the clone (superior - case (d2) for example, or lower
- case (bl)).
- soit par la présence de deux pics ou davantage.- by the presence of two or more peaks.
La simple donnée de l'histogramme des longueurs et de la longueur Lc du clone (obtenue par exemple à l'aide d'une hybridation sur 1'ADN d'un individu sain et obtention du pic de l'histogramme correspondant) permet donc de savoir si le ciône étudié recouvre un point de cassure (au sens large entendu ici). The simple data of the histogram of the lengths and the length Lc of the clone (obtained for example by hybridization on the DNA of a healthy individual and obtaining the peak of the corresponding histogram) thus makes it possible to to know if the studied cone covers a point of break (in the broad sense understood here).
Les anomalies observées au niveau de l'histogramme peuvent être regroupées en plusieurs catégories: (a) un pic pour une longueur Li < Lc (b) un pic pour une longueur Ls > Lc (c) plusieurs pics de longueur(s) inférieure(s) à Lc (d) plusieurs pics de longueur(s) supérieure(s) à Lc (e) un pic pour une longueur L = Lc et un ou plusieurs pics de longueur(s)
inférieure(s) à Lc (f) un pic pour une longueur L = Lc et un ou plusieurs pics de longueur(s)
supérieure(s) à Lc (g) un ou plusieurs pics de longueurs < , = et > à Lc
Les classes d'anomalies répertiorées précédemment ne suffisent en général malheureusement pas pour définir l'anomalie génétique sous-jacente.The anomalies observed in the histogram can be grouped into several categories: (a) a peak for a length Li <Lc (b) a peak for a length Ls> Lc (c) several peaks of shorter length (s) ( s) at Lc (d) several peaks of length (s) greater than Lc (e) a peak for a length L = Lc and one or more peaks in length (s)
less than Lc (f) a peak for a length L = Lc and one or more peaks in length (s)
greater than Lc (g) one or more peaks of lengths <, = and> to Lc
Previously reperfied anomaly classes are generally not enough, unfortunately, to define the underlying genetic defect.
Le schéma de la figure lb montre en effet qu'il n'est pas possible a priori de distinguer entre une translocation partielle (cl) ou (c2), totale (c3) ou une insertion dans le cas d'un clone qui couvrirait la totalité du gène. Il en est de même pour le cas où le clone ne couvrirait que partiellement le gène (schéma des figures 2b et 3b). The diagram of FIG. 1b shows that it is not possible a priori to distinguish between a partial (cl) or (c2), total (c3) translocation or an insertion in the case of a clone that would cover the the whole gene. It is the same for the case where the clone only partially covers the gene (diagram of Figures 2b and 3b).
Par contre, la donnée des longueurs correspondant aux pics de l'histogramme permet de préciser dans certains cas la position dans le clone de l'extrémité de la partie du gène délétée, transloquée, dupliquée ou en contact avec une insertion. On the other hand, the data of the lengths corresponding to the peaks of the histogram makes it possible in certain cases to specify the position in the clone of the end of the part of the deleted, translocated, duplicated or contacting an insertion gene.
En tout état de cause, la mesure d'un histogramme distinct de celui attendu dans le cas d'un génome normal signale la présence dans le génome étudié, d'une anomalie au niveau de la séquence contenue dans le clone utilisé. In any case, the measurement of a histogram distinct from that expected in the case of a normal genome signals the presence in the genome studied, of an abnormality in the sequence contained in the clone used.
(a: un pic pour une longueur Li < Lc): il s'agit presque certainement d'une (ou de plusieurs) délétion(s). Cependant, comme nous l'avons noté, il peut s'agir d'un cas où plusieurs pics se trouvent confondus. (a: a peak for a length Li <Lc): it is almost certainly one (or more) deletion (s). However, as noted, this may be a case where multiple peaks are confounded.
Nous verrons qu'il est en général possible de distinguer entre ces deux cas par comparaison avec une sonde correspondant à une zone différente du génome (sonde de référence). We will see that it is generally possible to distinguish between these two cases by comparison with a probe corresponding to a different zone of the genome (reference probe).
Dans le cas d'une délétion, il est possible d'en déduire la taille par soustraction des deux longueurs restantes de la longueur du clone intact (uniquement dans le cas où le clone recouvre la totalité de la partie délétée du gène). La position par rapport au clone ne peut par contre pas être connue, seules des hybridations supplémentaires avec d'autres clones ou des sousclones pouvant permettre cette détermination. In the case of a deletion, it is possible to deduce the size by subtraction of the two remaining lengths of the intact clone length (only in the case where the clone covers all of the deleted portion of the gene). The position relative to the clone can not be known, however, only additional hybridizations with other clones or subclones that can allow this determination.
Cependant le même type d'histogramme peut correspondre à plusieurs délétions, auquel cas il n'est possible que de mesurer la taille totale des délétions (toujours dans l'hypothèse où le clone recouvrirait la totalité de la partie délétée du gène). However, the same type of histogram can correspond to several deletions, in which case it is only possible to measure the total size of the deletions (always assuming that the clone covers the entire deleted portion of the gene).
Dans les cas où le clone ne recouvre que partiellement le gène, la délétion détectée peut ne représenter qu'une partie de la délétion effective du gène (cf schéma 2a (bl) par exemple). In cases where the clone overlaps only partially the gene, the detected deletion may represent only a part of the effective deletion of the gene (see diagram 2a (bl) for example).
(b: un pic pour une longueur Ls > Lc): dans ce cas, il s'agit d'une ou de plusieurs duplication(s) à l'intérieur du gène ou à ses extrémités, d'une partie ou de la totalité de celui-ci. Le clone peut recouvrir totalement ou partiellement le gène. I1 peut éventuellement y avoir inversion des séquences, mais ceci ne peut être détecté dans le cas où le clone recouvre totalement le gène. La position de la ou des duplications ne peut être déterminée. (b: a peak for a length Ls> Lc): in this case, it is one or more duplication (s) inside the gene or at its ends, of a part or of the totality of it. The clone can completely or partially cover the gene. The sequences may be inverted, but this can not be detected in the case where the clone completely covers the gene. The position of the duplication (s) can not be determined.
(c: plusieurs pics de longueur(s) inférieure(s) à Lc): il peut s'agir dans ce cas de translocations partielles du gène ou de l'insertion d'une séquence à l'intérieur du gène. Dans l'hypothèse d'une translocation, il est possible de préciser les deux extrémités du gène au sein du clone (cas où le clone recouvre totalement le gène), ou d'avancer deux possibilités pour ces extrémités (dans le cas où le clone recouvre partiellement le gène). (c: several peaks of length (s) below (s) at Lc): it may be in this case partial translocations of the gene or the insertion of a sequence within the gene. In the hypothesis of a translocation, it is possible to specify the two ends of the gene within the clone (in which case the clone completely covers the gene), or to advance two possibilities for these ends (in the case where the clone partially overlaps the gene).
(d: plusieurs pics de longueur(s) supérieure(s) à Lc): il s'agit dans ce cas de plusieurs duplication de tout ou partie du gène dans la région du génome couverte par le clone. (d: several peaks length (s) greater (s) to Lc): it is in this case several duplication of all or part of the gene in the region of the genome covered by the clone.
(e: un pic pour une longueur L = Lc et un ou plusieurs pics de longueur(s) inférieure(s) à Lc): il s'agit d'une (ou de plusieurs) duplication(s) de tout ou partie du gène dans une zone du génome distincte de la zone couverte par le clone, ceci dans le cas où le clone couvre la totalité ou un partie du gène. (e: a peak for a length L = Lc and one or more peaks of length (s) lower (s) than Lc): it is a (or more) duplication (s) of all or part of the gene in an area of the genome distinct from the area covered by the clone, this in the case where the clone covers all or part of the gene.
(f: un pic pour une longueur L = Lc et un ou plusieurs pics de longueur(s) supérieure(s) à Lc): bien que cette situation n'ait pas été représentée dans les schémas 1 à 3, il s'agit d'un cas de duplication du type (d) associé à un gène normal. (f: a peak for a length L = Lc and one or more peaks of length (s) greater than Lc): although this situation has not been represented in diagrams 1 to 3, it is a duplication case of type (d) associated with a normal gene.
(g: un ou plusieurs pics de longueurs < , = et > à Lc): combinaisons de (e) et (f). (g: one or more peaks of lengths <, = and> to Lc): combinations of (e) and (f).
Dans un certain nombre de situations, I'analyse des signaux d'hybridation et de leur distance, dans le cas où ils seraient alignés, devrait par ailleurs fournir des informations supplémentaires. In a number of situations, the analysis of the hybridization signals and their distance, in case they are aligned, should also provide additional information.
L'exemple du schéma la (e) illustrera cette idée: dans ce cas d'une insertion, il faut imaginer que tout segment non hybridé, mais entouré par deux hybridations colinéaires (de tailles quelconques) est susceptible de représenter une insertion: on construira donc un histogramme de ces mesures: s'il existe réellement une insertion, il devrait donc apparaître comme un pic, au même titre que n'importe quelle hybridation. The example of the scheme (e) will illustrate this idea: in this case of an insertion, it is necessary to imagine that any segment not hybridized, but surrounded by two colinear hybridizations (of any sizes) is likely to represent an insertion: one will build therefore a histogram of these measurements: if there is actually an insertion, it should appear as a peak, just like any hybridization.
Cette mesure servira également dans le cas de délétions ou de translocations, par exemple. This measure will also be used in the case of deletions or translocations, for example.
La technique exposée précédemment suppose que l'ADN génomique peigné hybridé soit intact. En effet, la situation de référence, celle d'un individu sain dont l'ADN correspondant au clone utilisé pour l'hybridation n'est pas modifié, est représentée théoriquement par un pic à la valeur de la longueur du clone. The previously discussed technique assumes that hybrid combed genomic DNA is intact. Indeed, the reference situation, that of a healthy individual whose DNA corresponding to the clone used for the hybridization is not modified, is represented theoretically by a peak at the value of the length of the clone.
Dans la pratique, I'ADN est soumis à des contraintes hydromécaniques lors de sa préparation, et également lors du peignage, ce qui conduit à de nombreuses cassures aléatoires. Ces cassures aléatoires peuvent avoir lieu au sein de la séquence cible de la sonde, ce qui donnera lieu, après peignage, à une séparation en plusieurs morceaux de ladite séquence. Lors de l'hybridation avec la sonde, ces segments seront hybridés, et après révélation, mesurés comme des fragments de taille inférieure à celle de la séquence cible. In practice, the DNA is subjected to hydromechanical constraints during its preparation, and also during combing, which leads to numerous random breaks. These random breaks can take place within the target sequence of the probe, which will result, after combing, in a separation into several pieces of said sequence. During hybridization with the probe, these segments will be hybridized, and after revelation, measured as fragments of size smaller than that of the target sequence.
Ces cassures n'affecteront pas nécessairement l'ensemble des séquences cibles dans l'ensemble des génomes utilisés pour le peignage. En fonction du nombre de génomes humains peignés sur la surface étudiée, et en fonction des conditions de préparation, la proportion des séquences cibles cassées restera raisonnablement faible. Dans ce cas, I'histogramme idéal constitué par un seul pic à la longueur de la sonde sera remplacé par un pic moins important accompagné d'une queue de distribution aux longueurs inférieures. These breaks will not necessarily affect the set of target sequences in the set of genomes used for combing. Depending on the number of human genomes combed on the surface studied, and depending on the conditions of preparation, the proportion of broken target sequences will remain reasonably low. In this case, the ideal histogram consisting of a single peak at the length of the probe will be replaced by a smaller peak accompanied by a distribution tail at the lower lengths.
L'expérience et des considérations pratiques élémentaires montrent qu'un nombre optimal de génomes peignés par surface étudiée est de l'ordre de 100 à 200. Experience and basic practical considerations show that an optimal number of genomes combed per surface area studied is of the order of 100 to 200.
Dans ce qui suit, on étudiera des simulations de processus de cassure (consécutives à la préparation et au peignage de l'ADN) dépendant de deux paramètres, permettant d'évaluer l'influence sur l'histogramme théorique des longueurs de ces phénomènes. In what follows, we will study simulation of the process of breakage (consecutive to the preparation and the combing of the DNA) depending on two parameters, allowing to evaluate the influence on the theoretical histogram of the lengths of these phenomena.
Deux paramètres semblent importants dans le phénomène de cassure: la taille caractéristique et le taux de cassure. Two parameters seem important in the breakout phenomenon: the characteristic size and the breakage rate.
La taille caractéristique définit approximativement la taille limite atteinte par des molécules soumises à un grand nombre de manipulations. Un exemple de manipulation possible est le pipetage: en fonction du diamètre du cône de la pipette, la taille limite maximale des molécules sera plus ou moins importante. Un autre exemple de manipulation est le vortexage de la solution d'ADN. The characteristic size approximately defines the size limit reached by molecules subjected to a large number of manipulations. An example of possible manipulation is pipetting: depending on the diameter of the cone of the pipette, the maximum size limit of the molecules will be more or less important. Another example of manipulation is vortexing the DNA solution.
Le taux de cassure est sensé modéliser le nombre de manipulations: par exemple, plus le nombre de pipetage augmente, plus les molécules risquent d'être cassées. The rate of breakage is supposed to model the number of manipulations: for example, the more the number of pipetting increases, the more the molecules may be broken.
A. Modèle en marche d'escalier.A. Model in step of staircase.
La façon la plus simple de modéliser des manipulations d'ADN en solution consiste à attribuer une probabilité de cassure nulle aux fragments de taille inférieure à la taille caractéristique LO, et une probabilité de cassure égale à 1 pour les fragments de taille supérieure à LO. The simplest way to model DNA manipulations in solution is to assign a zero break probability to fragments smaller than the characteristic size LO, and a break probability equal to 1 for fragments larger than LO.
La cassure d'un fragment de taille L s'effectue en outre aléatoirement en deux fragments quelconques: L < LO= > Po(L) = O L > lo= > Po(L)= 1
De façon à introduire un taux de cassure dans ce modèle, un paramètre fixe le nombre de processus de cassure auxquels est soumise une molécule et ses fragments successifs.The break of a fragment of size L is also performed randomly in any two fragments: L <LO => Po (L) = OL> lo => Po (L) = 1
In order to introduce a break rate in this model, a parameter sets the number of breaking processes to which a molecule and its successive fragments are subjected.
Ce modèle permet de simuler les histogrammes attendus lors d'une hybridation d'une sonde de longueur connue Lc en fonction des paramètres du modèle. Les conditions choisies sont: sonde s'hybridant sur un chromosome de 50 Mb, 200 génomes peignés, Lc = 50 kb. This model makes it possible to simulate the histograms expected during a hybridization of a probe of known length Lc according to the parameters of the model. The conditions chosen are: probe hybridizing on a chromosome of 50 Mb, 200 genomes combed, Lc = 50 kb.
A.1. Influence de la taille caractéristique sur I'histonramme. A.1. Influence of the characteristic size on the piston.
La figure 4 représente, pour différents taux (ou nombre d'étapes) de cassure, I'allure des histogrammes théoriques obtenus pour des valeurs de taille caractéristique (LO = Lbreak) d' 1, 2, 4 ou 8 fois la taille de la sonde. Il apparaît clairement que plus ia taille caractéristique est proche de la taille de la sonde, plus l'histogramme se différencie du pic unique décrit dans la partie 2, la queue de la distribution aux longueurs inférieures à la longueur Lc de la sonde prenant de l'importance, jusqu'à pratiquement faire disparaitre le pic pour la valeur attendue Lc. FIG. 4 represents, for different rates (or number of stages) of breakage, the appearance of the theoretical histograms obtained for characteristic size values (LO = Lbreak) of 1, 2, 4 or 8 times the size of the probe. It is clear that the larger the characteristic size is close to the size of the probe, the more the histogram differs from the single peak described in part 2, the tail of the distribution at lengths less than the length Lc of the probe taking importance, until practically disappearing the peak for the expected value Lc.
A.2. Influence du taux de cassure sur i'histogramme.A.2. Influence of the fracture rate on the histogram.
La figure 5 présente, pour différentes tailles caractéristiques,
I'évolution de l'histogramme théorique en fonction du taux de cassure, c'està-dire le nombre d'étapes de cassure aléatoire (N time steps). Ii apparait naturellemnt que le pic à la longueur attendue Lc diminue lorsque le taux de cassure augmente.Figure 5 shows, for different characteristic sizes,
The evolution of the theoretical histogram as a function of the rate of break, that is to say the number of stages of random break (N time steps). Naturally, it appears that the peak at the expected length Lc decreases as the rate of breakage increases.
Dans ce modèle cependant, le pic ne disparaît pas totalement, même lorsque le taux de cassure croît indéfiniment, puisqu'aucune cassure n'a lieu lorsque tous les fragments restant sont de taille inférieure à Lc. In this model, however, the peak does not disappear completely, even when the breaking rate increases indefinitely, since no break occurs when all remaining fragments are smaller than Lc.
A.3. Intérêt du modèle.A3. Interest of the model.
Le modèle précédent a pour intérêt principal de fournir un moyen rapide pour évaluer l'allure probable de l'histogramme des longueurs des fragments de sonde hybridés, de façon à pouvoir interpréter les résultats des observations. The main interest of the previous model is to provide a quick way to evaluate the probable shape of the histogram of lengths of hybridized probe fragments, so that the results of the observations can be interpreted.
B. Modèle çEaussien. B. Eussian model.
Un modèle un peu plus réaliste consiste en un modèle similaire d'étapes successives de cassure, mais avec une loi de cassure différente de la loi "tout ou rien" du modèle en marche d'escalier. Une façon simple d"'arrondir" cette loi est de remplacer la probabilité précédente par une loi de probabilité de cassure gaussienne:
B.1. Influence de la taille caractéristique sur l'historramme. A slightly more realistic model consists of a similar model of successive stages of breakage, but with a break law different from the "all or nothing" law of the staircase model. A simple way to "round off" this law is to replace the previous probability with a Gaussian break probability law:
B.1. Influence of the characteristic size on the historramme.
La figure 6 représente, pour différents taux de cassure, I'allure des histogrammes théoriques obtenus pour des valeurs de taille caractéristique (LO = Lbreak) d 1, 2, 4 ou 8 fois la taille de la sonde, identiques à ceux utilisés dans la simulation effectuée dans le cadre du modèle en marche d'escalier. De la même façon, plus la taille caractéristique est proche de la taille de la sonde, plus lthistogramme se différencie du pic unique décrit dans la partie 2, la queue de la distribution aux longueurs inférieures à la longueur Lc de la sonde prenant de l'importance, jusqu'à pratiquement faire disparaître le pic pour la valeur attendue Lc. FIG. 6 represents, for different breaking rates, the appearance of the theoretical histograms obtained for characteristic size values (LO = Lbreak) d 1, 2, 4 or 8 times the size of the probe, identical to those used in the FIG. simulation performed as part of the staircase model. In the same way, the more the characteristic size is close to the size of the probe, the more the histogram differs from the single peak described in part 2, the tail of the distribution at lengths less than the length Lc of the probe taking the importance, until practically remove the peak for the expected value Lc.
B.2. Influence du taux de cassure sur l'histogramme.B.2. Influence of the breakout rate on the histogram.
La figure 5 présente, pour différentes tailles caractéristiques,
I'évolution de l'histogramme théorique en fonction du taux de cassure, c'està-dire le nombre d'étapes de cassure aléatoire (N time steps). Il apparaît naturellement que le pic à la longueur attendue Lc diminue lorsque le taux de cassure augmente.Figure 5 shows, for different characteristic sizes,
The evolution of the theoretical histogram as a function of the rate of break, that is to say the number of stages of random break (N time steps). It naturally appears that the peak at the expected length Lc decreases as the rate of breakage increases.
Toutefois ce modèle a un comportement plus réaliste que le précédent, puisque lorsque le taux de cassure croît, le pic correspondant à
Lc diminue quelle que soit la valeur da la taille caractéristique, pour disparaître complètement lorsque le taux de cassure croît indéfiniment.However, this model has a more realistic behavior than the previous one, since when the breaking rate increases, the peak corresponding to
Lc decreases regardless of the value of the characteristic size, to disappear completely when the break rate increases indefinitely.
B.3. Intérêt du modèle.B.3. Interest of the model.
Le modèle gaussien, étant plus réaliste, sera celui que nous utiliserons par la suite pour simuler des histogramme de longueurs de fragments de sonde hybridées. The Gaussian model, being more realistic, will be the one we will use later to simulate histograms of lengths of hybridized probe fragments.
C. Simulation d'une hybridation sur un point de cassure.C. Simulation of hybridization at a break point.
Pour étudier ies conditions de l'applicabilité de notre technique, nous présentons la simulation de trois types de situations caractéristiques de l'hybridation d'un clone sur un point de cassure. Nous prendrons pour exemple le cas d'un BAC (Bacterial Artificial Chromosome) de 125 kb recouvrant un point de cassure impliqué dans une translocation (cf par exemple schéma 2a (c1 )). To study the conditions of the applicability of our technique, we present the simulation of three types of situations characteristic of the hybridization of a clone on a point of breakage. We will take for example the case of a BAC (Bacterial Artificial Chromosome) of 125 kb covering a breakpoint involved in a translocation (cf for example diagram 2a (c1)).
Les simulations présentées sur la figure 8d correspondent à une situation où le clone est hybridé sur un ADN génomique normal: dans ces conditions, la plupart des hybridations ont une longueur de Lc = 125 kb, mis à part les fragments cassés à cause des manipulations. Nous avons choisi deux valeurs de la taille caractéristique LO: LO = 100 ( < Lc) et LO = 200 ( > Lc). The simulations presented in FIG. 8d correspond to a situation where the clone is hybridized on a normal genomic DNA: under these conditions, most of the hybridizations have a length of Lc = 125 kb, apart from the broken fragments because of the manipulations. We chose two values of the characteristic size LO: LO = 100 (<Lc) and LO = 200 (> Lc).
Le taux de cassure est unique et égal à N = 10.The breakage rate is unique and equal to N = 10.
Ces histogrammes montrent qu'il est possible de distinguer un pic à 125 kb dans la plupart des cas, même assez défavorables comme dans le casLO= 100,N= 10. These histograms show that it is possible to distinguish a peak at 125 kb in most cases, even quite unfavorable as in the caseLO = 100, N = 10.
C. 1. Fragments de 35 et 90 kb. C. 1. Fragments of 35 and 90 kb.
La figure 8a présente les résultats de la simulation d'un histogramme des longueurs de fragments hybridés dans le cas où le BAC de 125 kb sthybride en deux parties non connexes du génome, de tailles très différentes (35 et 90 kb), comme dans le cas décrit sur le schéma 2a (cul). FIG. 8a presents the results of the simulation of a histogram of hybridized fragment lengths in the case where the 125 kb sthybrid BAC in two unrelated parts of the genome, of very different sizes (35 and 90 kb), as in FIG. case described in Figure 2a (cul).
Dans les deux cas (LO = 100, LO = 200), les deux pics à 35 et 90 kb sont reconnaissables, même si la situation est nettement plus favorable dans le cas où la taille caractéristique est nettement supérieure au plus grand fragment. In both cases (LO = 100, LO = 200), the two peaks at 35 and 90 kb are recognizable, although the situation is much more favorable in the case where the characteristic size is clearly greater than the largest fragment.
Notons par ailieurs que, même dans le cas d'un échantillonage moindre, qui conduirait à un pic à 90 kb peu distinct, le pic à 35 kb subsisterait, signalant une anomalie par rapport à la taille normale du clone. It should also be noted that, even in the case of less sampling, which would lead to a not very distinct 90 kb peak, the peak at 35 kb would remain, signaling an anomaly with respect to the normal size of the clone.
C.2. Fragmentes de 50 et 75 kb.C.2. Fragments of 50 and 75 kb.
La figure 8b représente le résultat de simulations dans le cas de deux fragments de taille peu différentes l'une de l'autre. Là encore, les pics correspondants sont nets et distincts l'un de l'autre. Dans ce cas, on peut prévoir qu'avec un échantillonnage moindre, il restera possible d'identifier ces deux pics. FIG. 8b represents the result of simulations in the case of two fragments of size which differ little from each other. Again, the corresponding peaks are sharp and distinct from each other. In this case, it can be expected that with less sampling, it will be possible to identify these two peaks.
C.3. Fragments de 60 et 65 kb.C.3. Fragments of 60 and 65 kb.
La figure 8c représente le résultat de simulations dans le cas de deux fragments de tailles très proches. Dans les deux cas, les pics ressortent nettement de l'histogramme des petits fragments mais il est à craindre que précision limitée des mesures les confondent en un seul. FIG. 8c represents the result of simulations in the case of two fragments of very similar sizes. In both cases, the peaks clearly stand out from the histogram of the small fragments, but it is to be feared that the limited precision of the measurements will confuse them into one.
Là encore, une telle information suffira cependant pour assurer l'existence d'un point de cassure situé à mi-distance du BAC hybridé. Again, however, such information will be sufficient to ensure the existence of a breakpoint midway away from the hybrid BAC.
C.4. Conclusions
Les simulations précédentes montrent que, dans des conditions évitant de trop casser l'ADN avant et pendant le peignage, il est possible de distinguer sans ambiguité entre une situation témoin où la sonde s'hybride sur un génome humain normal, et une situation où la sonde s'hybride sur un génome modifé par la présence d'un point de cassure.C.4. conclusions
Previous simulations show that, under conditions that avoid over-breaking the DNA before and during combing, it is possible to unambiguously distinguish between a control situation where the probe hybridizes to a normal human genome, and a situation where the probe hybridizes on a genome modified by the presence of a breakpoint.
Les paramètres heuristiques caractérisant le peignage montrent qu'il est toutefois préférable d'avoir une taille caractéristique supérieure ou égale à la longueur maximale de l'hybridation. Celle-ci étant inconnue, un critère simple est donc une taille caractéristique de l'ordre de ou supérieure à la longueur du clone utilisé comme sonde. The heuristic parameters characterizing the combing show that it is, however, preferable to have a characteristic size greater than or equal to the maximum length of the hybridization. Since this is unknown, a simple criterion is therefore a characteristic size in the order of or greater than the length of the clone used as a probe.
Pour juger de façon expérimentale de la réalisation de ce critère, il paraît donc souhaitable d'utiliser, en plus des sondes destinées à la recherche d'une anomalie dans le génome, une sonde témoin de taille comparable s'hybridant sur une partie différente du génome. To judge experimentally of the achievement of this criterion, it therefore seems desirable to use, in addition to probes intended to search for an anomaly in the genome, a control probe of comparable size that hybridizes to a different part of the genome. genome.
L'histogramme correspondant permettrait ainsi de déterminer qualitativement les paramètres du modèle reflétant la situation expérimentale.The corresponding histogram thus makes it possible to qualitatively determine the parameters of the model reflecting the experimental situation.
Traitement de surface
Des lames de 22 x 22 mm sont préparées et recouvertes de silane en utilisant le procédé décrit dans les demandes de brevet PCT/FR95/00164 et PCT/FR95/00165. Surface treatment
22 × 22 mm slides are prepared and coated with silane using the method described in PCT / FR95 / 00164 and PCT / FR95 / 00165.
Préparation des sondes cosmides
L'ADN cosmidique est marqué par une extension à partir d'une amorce statistique avec des nucléotides modifiés par la digoxygénine ou qui sont biotinylés. Pour les sondes marquées à la biotine, on utilise le "kit" de marquage ADN BioprimeTM (Gibco-BRL) contenant des amorces octamères statistiques et de la biotine-14dCTP. Pour le marquage à la digoxigénine, un mélange différent de dNTPs est utilisé qui contient dCTP, dATP et dGTP (0,1 mM), dTTP (0,065 mM) et dig-11-dUTP (0,033 mM).Preparation of cosmid probes
The cosmid DNA is marked by extension from a statistical primer with nucleotides modified with digoxygenin or which are biotinylated. For biotin-labeled probes, the BioprimeTM DNA labeling kit (Gibco-BRL) containing statistical octamer primers and biotin-14dCTP is used. For digoxigenin labeling, a different mixture of dNTPs is used which contains dCTP, dATP and dGTP (0.1 mM), dTTP (0.065 mM) and dig-11-dUTP (0.033 mM).
La taille et la concentration des fragments d'ADN marqués sont confirmées par électrophorèse sur gel d'agarose à 0,6% et par densitométrie de bandes. L'efficacité du marquage est évaluée à partir de taches déposées sur des membranes de nylon en utilisant des dilutions successives de sondes digoxigénine et de sondes biotine. Après incubation avec une phosphatase alcaline anti-dig (AP) ( Boehringer Mannheim) ou streptavidine AP (Gibco
BRL), les taches sont révélées avec N BT (NitroBlue Tetrazolium) et BCIP (5 Bromo-4-Chloro-3-lndolylphosphate) de Gibco-BRL. Les taches positives sont comparées avec les résultats obtenus à partir d'échantillons d'ADN contrôles marqués par dig ou par la biotine.The size and concentration of the labeled DNA fragments are confirmed by 0.6% agarose gel electrophoresis and band densitometry. The efficiency of the labeling is evaluated from spots deposited on nylon membranes using successive dilutions of digoxigenin probes and biotin probes. After incubation with alkaline phosphatase anti-dig (AP) (Boehringer Mannheim) or streptavidin AP (Gibco
BRL), the spots are revealed with Gibson-BRL's N BT (NitroBlue Tetrazolium) and BCIP (5 Bromo-4-Chloro-3-lndolylphosphate). Positive spots are compared with results obtained from control DNA samples labeled with dig or biotin.
De façon à limiter le bruit de fond, les souches sont finalement purifiées sur des colonnes Bio-Spin 6 (Biorad) par centrifugation 5 mn à 1500 g. In order to limit the background noise, the strains are finally purified on Bio-Spin 6 columns (Biorad) by centrifugation for 5 minutes at 1500 g.
Solution d'ADN de levure
L'ADN de levure contenant YAC 774G4 (1600 kb) est préparé dans 100 pl de blocs d'agarose LMP 0.8 % (1 Fg/bloc) en utilisant un protocole de préparation des blocs standard PFGE. Les blocs sont stockés dans 1'EDTA 0.5 M à 4 "C et rincés avec un tampon TE 15 ml (Tris 10 mM / EDTA 1 mM, pH 8) pendant 2 heures avant d'être utilisés. Chaque bloc est coloré avec 3.3 yM YOYO-1 (Molecular Probes) dans 100 crl T4oE2 (Tris 40 mM / EDTA 2 mM, pH 8) pendant 1 heure à température ambiante (RT). L'agarose est alors fondu pendant 45 minutes à 68 "C et digéré 2 heures à 40 "C en utilisant 2 U de ss-agarase I dans un tampon NEB xl agarase (Biolabs) par bloc.Yeast DNA solution
The yeast DNA containing YAC 774G4 (1600 kb) is prepared in 100 μl of 0.8% LMP agarose blocks (1 μg / block) using a standard PFGE block preparation protocol. The blocks are stored in 0.5 M EDTA at 4 ° C and rinsed with 15 ml TE buffer (10 mM Tris / 1 mM EDTA, pH 8) for 2 hours before use Each block is stained with 3.3 μM YOYO-1 (Molecular Probes) in 100 μl T4oE2 (40 mM Tris / 2 mM EDTA, pH 8) for 1 hour at room temperature (RT) The agarose is then melted for 45 minutes at 68 ° C and digested for 2 hours at 40 ° C using 2 U of ss-agarase I in NEB xl agarase (Biolabs) buffer per block.
La dilution de l'ADN (0.25 pg/ml) dans MES 50 mM (pH 5.5) est effectuée très prudemment de façon à éviter le bris des brins d'ADN. La solution est alors versée dans un réservoir de 4 ml de Teflon permettant l'introduction de 3 lames silanisées 22x22 mm pour peignage. La solution d'ADN peut également être stockée à 4 "C pendant plusieurs jours. Dilution of the DNA (0.25 μg / ml) in 50 mM MES (pH 5.5) is performed very carefully to avoid breakage of the DNA strands. The solution is then poured into a 4 ml tank of Teflon allowing the introduction of 3 silanized 22x22 mm blades for combing. The DNA solution can also be stored at 4 ° C for several days.
Peignage moléculaire
Les lames silanisées sont trempées dans le réservoir de Téflon'M contenant une solution d'ADN de levure totale (0.25 g/ml dans 50 mM MES, pH 5.5), incubées à RT et extraites du réservoir après 10 minutes d'incubation en utilisant un simple dispositif mécanique. Pendant l'incubation, les molécules d'ADN s'ancrent sur la surface par leurs extrémités. En extrayant la surface du réservoir, ceci a le même effet que l'évaporation prévue dans la méthode de la goutte", le ménisque se déplace par rapport à la surface et exerce une force de traction constante sur les molécules demeurant dans le réservoir. Molecular combing
The silanized slides are dipped in the Teflon® reservoir containing a solution of total yeast DNA (0.25 g / ml in 50 mM MES, pH 5.5), incubated at RT and extracted from the reservoir after 10 minutes of incubation using a simple mechanical device. During the incubation, the DNA molecules are anchored on the surface at their ends. By extracting the surface of the reservoir, this has the same effect as the evaporation provided in the "drop method", the meniscus moves relative to the surface and exerts a constant tensile force on the molecules remaining in the reservoir.
Les surfaces couvertes avec l > ADN peigné sont alors observées avec un microscope en épifluorescence de façon à contrôler les caractéristiques du peignage. Un enregistrement des champs représentatifs de vue pour chaque lame est effectué pour le contrôle de la posthybridation. The surfaces covered with the combed DNA are then observed with an epifluorescence microscope so as to control the characteristics of the combing. A record of the representative fields of view for each slide is made for the control of the posthybridization.
Les surfaces sont alors collées sur des lames de microscope (cyanocrylate) et chauffées une nuit à 60"C. Elles peuvent être stockées pendant plusieurs mois si on les protège de l'humidité à -20 "C ou à tem The surfaces are then glued on microscope slides (cyanocrylate) and heated overnight at 60 ° C. They can be stored for several months if protected from moisture at -20 ° C or at room temperature.
Les détections des sondes marquées à la biotine et à la digoxigénine sont effectuées simultanément en utilisant le même protocole pour chaque couche de détection, chaque couche d'anticorps étant incubée 30 minutes à 37"C, les lames étant lavées après chaque couche (3 fois 5 minutes à RT dans 4xSSC / Tween 20 0.05 %). The detections of the biotin and digoxigenin-labeled probes are performed simultaneously using the same protocol for each detection layer, each antibody layer being incubated for 30 minutes at 37 ° C., the slides being washed after each layer (3 times 5 minutes at RT in 4xSSC / Tween 20 0.05%).
Pour les sondes marquées à la biotine, les couches suivantes sont utilisées (50 ,al de tampon d'hybridation par lame) : (1) 40 mg/ml d'Avidin-Texas Red (Vector). (2) 5 mg/ml d'anti-avidin de chèvre biotinilée (Vector). (3) 40 mg/ml d'Avidin-Texas Red (Vector). For biotin-labeled probes, the following layers are used (50 μl of hybridization buffer per slide): (1) 40 mg / ml of Avidin-Texas Red (Vector). (2) 5 mg / ml of biotinylated goat anti-avidin (Vector). (3) 40 mg / ml Avidin-Texas Red (Vector).
Pour les sondes marquées à la digoxigénine: (1) 34 mg/ml d'un congugué anti-dig de souris avec FITC (Jackson). (2) 28 mg/ml d'anti-souris d'âne-FITC (Jackson). (3) 30 mg/ml d'anti-lapin de souris-FITC(Jackson). For digoxigenin-labeled probes: (1) 34 mg / ml of a mouse anti-dig congregate with FITC (Jackson). (2) 28 mg / ml donkey-FITC anti-mouse (Jackson). (3) 30 mg / ml mouse anti-rabbit-FITC (Jackson).
Après détection, les lames sont rincées rapidement dans PBS xl et montées avec un réactif (Vectashield , Vector) avant observation. Les lames peuvent être gardées des mois à 4 C dans l'obscurité. After detection, the slides are rinsed rapidly in PBS xl and mounted with a reagent (Vectashield, Vector) before observation. The blades can be kept for months at 4 C in the dark.
EXEMPLE 1
Dans le cas du peignage d'ADN génomique humain, on effectue des hybridations simultanées de deux cosmides séparés par un gap de plusieurs dizaines de kb (109C8 et 180F1): environ 80 signaux couplés (cosmide 1 - gap - cosmide 2) ont pu être mesurés sur une seule lamelle de 22x22 mm, correspondant à une distance totale de 120 kb environ.EXAMPLE 1
In the case of combing human genomic DNA, simultaneous hybridizations of two cosmids separated by a gap of several tens of kb (109C8 and 180F1) are carried out: approximately 80 coupled signals (cosmid 1-gap-cosmid 2) could be measured on a single plate of 22x22 mm, corresponding to a total distance of about 120 kb.
* Ce résultat permet d'assurer qu'il est possible d'observer environ une centaine d'hybridations d'un BAC entier sur un génome humain normal. Cette situation expérimentale est à comparer avec les situations théoriques envisagées dans la figure 5: les histogrammes 5d montrent en effet que pour 100 génomes diploïdes (donc 200 occurences d'une séquence clônée), et avec des paramètres particuliers, environ 10 signaux d'hybridation intacts d'un BAC de 125 kb (cas LO = 100 kb), ou 16 signaux d'hybridation intacts (cas LO = 200 kb) sont attendus. Autrement dit, les paramètres théoriques utilisés dans les simulations sont beaucoup plus pessimistes que les conditions expérimentales que l'on est actuellement capable de réaliser.* This result ensures that it is possible to observe about a hundred hybridizations of an entire BAC on a normal human genome. This experimental situation is to be compared with the theoretical situations envisaged in FIG. 5: the histograms 5d indeed show that for 100 diploid genomes (thus 200 occurrences of a cloned sequence), and with particular parameters, approximately 10 hybridization signals 125 kB (LO = 100 kb), or 16 intact hybridization signals (LO = 200 kb) are expected. In other words, the theoretical parameters used in the simulations are much more pessimistic than the experimental conditions that we are currently able to achieve.
L'ensemble de cette analyse théorique et expérimentale permet donc une première validation de la présente invention. All of this theoretical and experimental analysis therefore allows a first validation of the present invention.
Outre la recherche de points de cassure à l'aide de BACs (ou autres sondes de taille équivalente ou inférieure) évoquée précédemment, il est également envisageable d'utiliser des YACs (disponibles pour la totalité du génome humain, et pour d'autres génomes). Des simulations similaires à celles présentées ci-dessus montrent qu'il est envisageable de détecter l'hybridation d'un YAC de 1600 kb en deux fragments distincts de 400 et 1200 kb (par exemple), sur la base de 100 génomes peignés dans des conditions correspondant à LO = 600, N = 10 dans le modèle gaussien. In addition to the search for breakpoints using BACs (or other probes of equivalent or smaller size) mentioned above, it is also conceivable to use YACs (available for the entire human genome, and for other genomes ). Simulations similar to those presented above show that it is conceivable to detect the hybridization of a YAC of 1600 kb into two distinct fragments of 400 and 1200 kb (for example), on the basis of 100 genomes combed in different species. conditions corresponding to LO = 600, N = 10 in the Gaussian model.
Cependant, à la différence des observations de BACs ou de sondes de taille semblable ou inférieure, qui peuvent être réalisées sans difficulté à l'aide d'un microscope à épifluorescence équipé d'un objectif x 100 ou x 63 et d'une caméra (taille maximale d'un champ de vue; respectivement 123 Fm et 195 Fm environ), la mesure de fragments de plusieurs centaines de kb impose l'utilisation d'objectifs de grossissement plus faible, pour lesquels des problèmes de détectabilité des signaux peuvent éventuellement se poser: x 40: champ de vue de taille maximale 307 llm environ. However, unlike observations of BACs or probes of similar or smaller size, which can be performed without difficulty using an epifluorescence microscope equipped with an objective x 100 or x 63 and a camera ( maximum size of a field of view, respectively 123 Fm and 195 Fm approximately), the measurement of fragments of several hundreds of kb requires the use of lower magnification objectives, for which problems of detectability of the signals can possibly occur. ask: x 40: field of view of maximum size 307 llm approximately.
x 20: champ de vue de taille maximale 614 m environ.x 20: field of view of maximum size 614 m approximately.
L'avantage d'utiliser des sondes de taille aussi importante est évidemment de réduire le nombre d'hybridations nécessaires pour trouver un clone intéressant. The advantage of using probes of this size is obviously to reduce the number of hybridizations needed to find an interesting clone.
EXEMPLE 2
Dosage de l'ADN phage-k dans le génome d'E.Coli
De l'ADN génomique d'E. Coli (4.7 Mb) contenant un exemplaire du génome du phage A (lignée 5243, 49 kb) a été peigné sur des surfaces silanisées après avoir été contre-coloré avec une molécule fluorescente (YOYO-1) (fig. 1(A).EXAMPLE 2
Assay of phage-k DNA in the E. coli genome
Genomic DNA from E. Coli (4.7 Mb) containing a copy of the phage A genome (line 5243, 49 kb) was combed on silanized surfaces after being counter stained with a fluorescent molecule (YOYO-1) (Fig. 1 (A).
La longueur totale d'ADN peigné par champ de vue a été estimée à partir de 30 à 50 champs de vue répartis uniformément sur l'ensemble de chaque surface. The total length of DNA combed by field of view was estimated from 30 to 50 fields of view distributed uniformly over the whole of each surface.
De l'ADN de phage k marqué à la biotine-dUTP a ensuite été hybridé et révélé à l'aide d'un systéme d'anticorps couplés à la FITC (vert). Biotin-dUTP labeled phage k DNA was then hybridized and revealed using a FITC-coupled antibody system (green).
La longueur totale d'ADN hybridée par champ de vue a été estimée à partir de 100 champs de vue répartis uniformément sur l'ensemble de chaque surface (fig. 1(B)).The total length of DNA hybridized per field of view was estimated from 100 fields of view distributed uniformly over the whole of each surface (Figure 1 (B)).
Les résultats de 4 expériences sont représentés dans le tableau ci-dessous dans lequel Nb E coli = Lc et Nb = LT
lc lt Nb E. Coli Nb # R =#/E. Coli #R
434 0,19 0,19 1,0 0,6
436 0,25 0,22 0,9 0,5
437 0,31 0,26 0,8 0,4
438 0,20 0,24 1,2 0,7
439 0,26 0,39 1,5 0,8
43~13 0,57 0,74 1,3 0,4
4314 0,61 0,56 0,9 0,3
Ces résultats ont montré, hormis pour la lame 43~9, un rapport raisonnablement proche de la valeur attendue de 1. Cependant le principe utilisé, consistant à mesurer l'ensemble des signaux avant hybridation est peu praticable pour des génomes plus grands (I'incertitude AR est ici principalement due au faible nombre de génomes d'E. Coli mesurés, de l'ordre de 6 à 24).The results of 4 experiments are shown in the table below in which Nb E coli = Lc and Nb = LT
## EQU1 ## E. ## STR1 ## Coli #R
434 0.19 0.19 1.0 0.6
436 0.25 0.22 0.9 0.5
437 0.31 0.26 0.8 0.4
438 0.20 0.24 1.2 0.7
439 0.26 0.39 1.5 0.8
43 ~ 13 0.57 0.74 1.3 0.4
4314 0.61 0.56 0.9 0.3
These results showed, except for the 43 ~ 9 slide, a ratio reasonably close to the expected value of 1. However, the principle used, consisting in measuring the set of signals before hybridization is impracticable for larger genomes (I '). AR uncertainty is mainly due to the low number of E. coli genomes measured, of the order of 6 to 24).
EXEMPLE 3
Dosage du nombre d'amplicons dans le génome de cellules de hamster.EXAMPLE 3
Assay of the number of amplicons in the genome of hamster cells.
L'étude de faisabilité a été étendue à de l1ADN génomique de mammifère. Le système choisi est l'ADN de 2 lignées de fibroplastes du poumon de hamster (lignées 618 et GMA32) contenant respectivement 1 et 2 copies du gène cible AMP1. The feasibility study has been extended to mammalian genomic DNA. The system chosen is the DNA of 2 lines of fibroblasts of the hamster lung (lines 618 and GMA32) respectively containing 1 and 2 copies of the target gene AMP1.
De l ADN génomique de cellules fourni en solution a été peigné sur des surfaces silanisées, avec une densité estimée de 100 génomes diploïdes par surface de 22x22 mm. Genomic cell DNA supplied in solution was combed on silanized surfaces, with an estimated density of 100 diploid genomes per 22x22 mm area.
Une sonde cosmidique (D3S1, 40 kb) spécifique de la région du gène cible a été marquée avec de la dig-dUTP. Une autre sonde cosmidique (565.5A1, 40 kb), spécifique d'une région située à environ 1 Mb du gène cible a été utilisée comme témoin, et marquée avec de la biotine-dUTP. A cosmid probe (D3S1, 40 kb) specific for the target gene region was labeled with dig-dUTP. Another cosmid probe (565.5A1, 40 kb), specific for a region about 1 Mb from the target gene was used as a control, and labeled with biotin-dUTP.
Les sondes ont été hybridées sur l'ADN génomique peigné préalablement dénaturé, et révélées en rouge (sondes biotinilées) et vert (sondes digoxygénées) dans un des cas, et avec des couleurs inversées dans l'autre. Les signaux d'hybridation de chaque couleur ont été mesurés sur un nombre de champs de vue représentatif de la surface. The probes were hybridized on the previously denatured combed genomic DNA, and revealed in red (biotinylated probes) and green (digoxygenated probes) in one case, and with inverted colors in the other. The hybridization signals of each color were measured on a number of fields of view representative of the surface.
Dans le cas de la lignée A32, la taille totale obtenue pour la sonde D3S1 (1400 sm environ) représente 70 copies du gène. La taille obtenue sur les mêmes champs de vue pour la sonde témoin (1180 sm environ) représente quant à elle 60 génomes haploïdes. Cette mesure donne donc un rapport cible/témoin de 1,2 + 0,3 compatible avec la présence d'une copie du gène par génome haploïde. In the case of the A32 line, the total size obtained for the D3S1 probe (approximately 1400 sm) represents 70 copies of the gene. The size obtained on the same fields of view for the control probe (approximately 1180 sm) represents 60 haploid genomes. This measurement therefore gives a target / control ratio of 1.2 + 0.3 compatible with the presence of a copy of the gene per haploid genome.
Ces expériences (fig. 2) montrent donc la faisabilité du dosage de gène à partir des seuis signaux d'hybridation de sondes cible et témoin, dès lors qu'un nombre suffisant de signaux peut être observé. These experiments (Figure 2) thus show the feasibility of the gene assay from the target and control probe hybridization signal sig- nals, provided that a sufficient number of signals can be observed.
EXEMPLE 4 cartographie Dar Daires de 6 cosmides sur un YAC de 1600 Db contenu dans de l1ADN génomiclue de levure
Le YAC 774G4 contient un clone d'ADN génomique humain du chromosome 15 contenant le gène de la calpaine (CANP3), dont la mutation est responsable d'une dystrophie des ceintures (LGMD 2A). En collaboration avec le groupe de J. Beckman du Généthon (Evry), nous avons peigné de 1'ADN génomique de levure contenu dans des blocs d'agarose Low Melting (1 bloc, 1 ,ug d'ADN par bloc) sur des surfaces silanisées.EXAMPLE 4 Dar Daires mapping of 6 cosmids on a YAC of 1600 Db contained in yeast genomic DNA
YAC 774G4 contains a human genomic DNA clone of chromosome 15 containing the calpain gene (CANP3), the mutation of which is responsible for belt dystrophy (LGMD 2A). In collaboration with J. Beckman's group of Genethon (Evry), we combed yeast genomic DNA contained in low melting agarose blocks (1 block, 1, ug DNA per block) on surfaces. silanized.
cartographie de couples de cosmides sur ADN zénomique humain
4 cosmides appartenant à 3 contigs voisins séparés par des gaps ont été utilisés dans 2 séries d'hybridations, effectuées en collaboration avec le groupe de S. Povey du MRC (Londres). Les contigs recouvrent la région du gène TSC 1 impliqué dans une des formes de la tuberous sclerosis (chromosome 9). Les sondes cosmidiques ont été préparées suivant le protocole ci-dessus.mapping cosmid pairs on human zenomorphic DNA
4 cosmids belonging to 3 neighboring contigs separated by gaps were used in 2 series of hybridizations, carried out in collaboration with the group of S. Povey of the MRC (London). Contigs cover the region of the TSC 1 gene involved in one of the forms of tuberous sclerosis (chromosome 9). The cosmid probes were prepared according to the protocol above.
L'ADN génomique utilisé a été extrait de cultures cellulaires et mis en bloc d'agarose Low Melting à raison de 106 cellules par bloc. 3 blocs traités suivant le protocole précédent (réservoir de 4 ml, utilisation d'une molarité finale de MES pH 5.5 de 150 mM), ont été utilisés pour le peignage de l'ADN génomique. The genomic DNA used was extracted from cell cultures and put in low melting agarose block at the rate of 106 cells per block. 3 blocks treated according to the previous protocol (4 ml reservoir, use of a final molar MES pH 5.5 of 150 mM), were used for combing genomic DNA.
Les cosmides ont été hybridés 2 par 2 sur des lames semblables, un total de plusieurs dizaines de signaux doubles (rouge/vert alignés) par lame étant en moyenne observé. Le même protocole de mesure que précédemment a été observé, donnant lieu à des valeurs finales ayant la même précision que dans l'expérience préédente. The cosmids were hybridized 2 by 2 on similar slides, a total of several tens of double signals (red / green aligned) per slide being averaged. The same measurement protocol as before has been observed, giving rise to final values having the same precision as in the previous experiment.
La figure 2 présente quelques images typiques ayant permis la mesure des tailles des 2 gaps étudiés. Figure 2 shows some typical images that allowed the measurement of the sizes of the two studied gaps.
Cartographie simultanée de 8 cosmides sur YAC
8 cosmides (280A6, 37A1, 149I38, 134A11, 99B4, 140D1, 81F2/81H10 et 177B3) ont été hybridés sur un YAC de la région du gène TSC 2 (35HG8), en collaboration avec le groupe de S. Povey du MRC (Londres). Les protocoles sont identiques à ceux de la première expérience.Simultaneous mapping of 8 cosmids on YAC
8 cosmids (280A6, 37A1, 149I38, 134A11, 99B4, 140D1, 81F2 / 81H10 and 177B3) were hybridized on a YAC of the region of the TSC 2 gene (35HG8), in collaboration with the S. Povey group of the MRC ( London). The protocols are identical to those of the first experiment.
S'agissant d'études préliminaires, aucune mesure précise n'a encore été effectuée, et la figure 3 rassemble simplement quelques images illustrant le principe de la reconstitution du canevas obtenu à partir d'une hybridation simultanée de 8 cosmides. As far as preliminary studies are concerned, no precise measurement has yet been made, and Figure 3 simply collects some images illustrating the principle of the reconstruction of the scrim obtained from a simultaneous hybridization of 8 cosmids.
Cartographie de segments de restriction
Cette technique de cartographie est naturellement applicable à tout autre type d'ADN peigné ou de sous-clone. Une extension possible de la technique consisterait par exemple à cartographier non plus des sousclones d'un clone, mais directement des fragments de restriction de l'ADN peigné (par exemple un clone de type BAC).Mapping of restriction segments
This mapping technique is naturally applicable to any other type of combed DNA or subclone. A possible extension of the technique would consist, for example, in mapping no longer subclones of a clone, but directly restriction fragments of the combed DNA (for example a BAC type clone).
Ceci éviterait l'élaboration de sous-clones intermédiaires avant séquençage, la carte physique des fragments de restriction étant obtenue avec suffisamment de précision pour permettre une reconstitution de la séquence finale. L'applicabilité de cette technique repose sur la bonne séparation des bandes de restriction, et la taille suffisante ( > 10 kb) des principaux fragmentes, ainsi que sur le sous-clonage ultérieur de l'ADN de ces bandes (sous-clonage dans des vecteurs de petite taille, après restriction enzymatique supplémentaire, pour le séquençage). This would avoid the development of intermediate subclones before sequencing, the physical map of the restriction fragments being obtained with sufficient precision to allow a reconstruction of the final sequence. The applicability of this technique is based on the good separation of the restriction bands, and the sufficient size (> 10 kb) of the major fragments, as well as the subsequent subcloning of DNA from these bands (subcloning into small vectors, after additional enzymatic restriction, for sequencing).
Claims (17)
Priority Applications (16)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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