La Révolution NGS : Faciliter le développement de médicaments et la médecine personnalisée

Qu'est-ce que le séquençage de nouvelle génération ?

Séquençage de nouvelle génération (NGS), également connu sous le nom de séquençage massif parallèle ou séquençage profond, décrit un Séquençage de l'ADN technologie qui peut séquencer un génome humain entier en une seule journée. Elle est devenue une technologie révolutionnaire dans la recherche génomique. Le méthodes NGS sont basées sur quatre techniques, y compris (i) le séquençage électrophorétique basé sur microchip, (ii) le séquençage en temps réel, (iii) le séquençage par hybridation, et (iv) le séquençage en réseau cyclique. Le flux de travail de NGS les expériences se composent de plusieurs étapes de base, y compris la préparation du modèle génomique, la préparation de la bibliothèque de séquençage, la génération de courtes lectures de séquence, l'alignement des lectures, l'assemblage des séquences et l'analyse avancée des données. Populaire NGS les plateformes incluent Roche/454 life sciences, Illumina/Solexa et Ion Torrent.

Comment le NGS peut-il contribuer à Développement de médicaments

Plusieurs gènes mutés sont associés au développement et à la progression des maladies. Dans le myélome, les gènes responsables des mutations sont BRAF, NRAS et KIT. Les thérapies géniques ciblant ces gènes peuvent réduire la croissance métastatique. Par exemple, la progression du cancer du sein peut être estimée en fonction de la différence de longueur de lecture des répétitions CAG en raison de l'hétérogénéité génétique intra-tumorale du gène du récepteur aux androgènes. technologie NGS a été considéré comme une approche prometteuse pour les industries pharmaceutiques et la pratique clinique, en particulier dans le domaine de la recherche sur le cancer, puisque les cancers sont principalement causés par des mutations génétiques. NGS permet l'identification des mutations génétiques, le diagnostic des maladies et la détermination de la progression de la maladie via la prédiction de biomarqueurs, ainsi que des essais cliniques stratifiés génétiquement.

Figure 1. Différentes approches des technologies de séquençage de nouvelle génération (Kumar et al. 2017).

NGS méthodes, telles que séquençage du génome entier, séquençage de l'exome complet, séquençage transcriptomiqueet séquençage ciblépeut être utilisé pour réaliser un profilage moléculaire, afin de découvrir de nouvelles cibles médicamenteuses ou biomarqueurs. Pendant séquençage du génome entier détecte des mutations du génome entier, séquençage de l'exome entier se concentre sur 1-2 % de l'ensemble du génome. Mais le séquençage de l'exome entier couvre plus de 95 % des exons, ce qui est beaucoup plus élevé que le séquençage du génome entier. Séquençage du transcriptome a été réalisé pour profiler l'analyse de l'expression des ARNm et détecter les ARN non codants, tels que les miARN, siARN, piARN et lncARN, qui pourraient être des biomarqueurs potentiels. Ciblé séquençage de panneaux est caractérisé par une grande profondeur et une couverture élevée des exons, et est très utile pour détecter des variantes rares et des variantes précieuses.

De plus, séquençage épigénomiquetel que ChIP-seq, profilage des ribosomeset séquençage par bisulfites'est imposé comme un outil puissant pour développement de médicaments et la pratique clinique. La méthylation de l'ADN, la modification des histones et le remodelage de la chromatine sont des mécanismes épigénétiques critiques pour l'expression des gènes et des ARN non codants. En plus des maladies épigénétiques telles que la maladie d'Alzheimer, de nombreuses thérapies contre le cancer sont basées sur des médicaments épigénétiques. Les médicaments épigénétiques présentent plusieurs avantages. Tout d'abord, de nombreuses maladies dépendent non seulement des mutations, mais principalement des niveaux d'expression altérés des modulateurs épigénétiques. Deuxièmement, les variations des composants épigénétiques ont une toxicité relativement faible et sont bien tolérées dans les tissus normaux tant que des seuils critiques ne sont pas franchis. Troisièmement, la combinaison avec des médicaments agissant sur d'autres mécanismes est très prometteuse, car les médicaments épigénétiques exploitent des processus cellulaires différents et souvent orthogonaux.

Comment le séquençage de nouvelle génération (NGS) peut-il contribuer à la médecine personnalisée ?

Séquençage de nouvelle génération a révolutionné une époque de séquençage du génome et la science médicale. Elle fournit des outils plus rapides pour le dépistage des biomarqueurs, le profilage moléculaire et l'identification fiable des interactions génétiques. Pour les maladies complexes, telles que le cancer, NGS est assez utile pour identifier les facteurs causaux de conditions thérapeutiques spécifiques, surveiller la progression de la maladie et déterminer un traitement personnalisé. Les chercheurs ont découvert des mutations nouvelles et rares associées à des conditions thérapeutiques particulières.

• Marqueurs tumoraux

Tout le monde peut développer un cancer. S'il est diagnostiqué avec précision et tôt en utilisant des approches appropriées, une proportion substantielle de cancers peut être prévenue. Un diagnostic de cancer peut être difficile. Tout d'abord, la plupart des cancers se caractérisent par le silence. Deuxièmement, le patient peut être asymptomatique ou présenter des symptômes d'autres maladies non cancéreuses. Actuellement, les tests sanguins basés sur le génome sont une approche novatrice pour détecter les marqueurs tumoraux.

Les marqueurs tumoraux peuvent être découverts en détectant des SNP, qui sont les mutations les plus courantes dans la population. La prochaine étape consiste à développer des stratégies pour l'identification et l'utilisation de marqueurs tumoraux personnalisés en utilisant des profils génétiques individuels. Jusqu'à présent, les marqueurs tumoraux personnalisés ont permis aux chercheurs d'aborder de nombreux aspects, y compris la détection précoce du cancer, le dépistage, le diagnostic, le pronostic, la thérapie ciblée, la réponse thérapeutique, le suivi et la récidive.

• Système HLA dans le traitement clinique

La pharmacogénomique représente la combinaison de la pharmacologie et de la génomique. Elle étudie comment les médicaments réagissent différemment d'une personne à l'autre en fonction du contenu génomique, et comment les informations sur le génotype et le phénotype peuvent être utilisées en médecine personnalisée. Les principaux avantages de la pharmacogénomique sont les suivants :

1. Le développement de médicaments pour maximiser leurs effets thérapeutiques et minimiser leurs effets indésirables.

2. La capacité de concevoir des méthodes de dosage appropriées en fonction du profil génétique des patients.

3. Identification des répondants et des non-répondants aux médicaments et détermination des facteurs de risque associés à ce médicament.

Conclusions

Le NGS a été appliqué en biopharmaceutique, polypharmacologie, vaccinologie, pharmacoépidémiologie, etc. Pour le développement d'anticorps, NGS les données fournissent une analyse plus précise de la multiplicité dans une bibliothèque d'anticorps. Et NGS peut être utilisé pour étudier les interactions protéine-protéine et la liaison anticorps-antigène. Mais il y a aussi certaines considérations à prendre en compte lors de la réalisation de NGS expériences. Par exemple, le contenu génétique des tissus peut être affecté par l'hétérogénéité, comme dans les échantillons de tumeurs. La composition varie d'un échantillon à l'autre et peut compliquer le diagnostic des maladies et la détermination du traitement. Le signal peut provenir de divers types cellulaires, et des approches d'optimisation in silico et basées sur des listes de gènes ont été appliquées pour stratifier les signaux en leurs types cellulaires respectifs. Le séquençage unicellulaire a été utilisé avec succès pour prédire la réponse au traitement.

Vous pouvez également vous référer à nos articles "Séquençage de nouvelle génération pour la découverte de biomarqueurs du cancer" et "Technologie de séquençage pour la découverte de médicaments par anticorps.

Références :

1. Kumar G, Chaudhary K K, Misra K, et al. Séquençage de nouvelle génération pour la conception et le développement de médicaments : une approche omique pour le traitement du cancer. Int. J. Pharmacol, 2017, 13(7) : 709-723.
2. Lightbody G, Haberland V, Browne F, et al. Revue des applications du séquençage à haut débit en médecine personnalisée : obstacles et facilitateurs des progrès futurs dans la recherche et l'application clinique. Briefings en bioinformatique, 2018, 1 : 17.
3. Nawab D H. Les applications pharmaceutiques du séquençage de nouvelle génération dans la conception et le développement de médicaments en oncologie. Journal des séquençages de nouvelle génération et applications, 2015, 2:1.