Gros plan sur la plateforme de génomique lilloise LIGAN-PM, la première en France équipée du nouveau système d’analyse Single-Cell ICELL8cx – Takara Bio

Installée dans les locaux de l’EGID (European Genomic Institute for Diabetes) sur le site du CHU de Lille, la plateforme LIGAN-PM est spécialisée dans le séquençage de nouvelle génération et la génomique de pointe, au service d’une médecine de précision. Elle est depuis quelques mois la première plate-forme en France équipée du nouveau système d’analyse Single-Cell ICELL8cx de Takara Bio.

L’occasion de vous présenter cette plateforme, labellisée Equipement d’Excellence (EquipEx), tout en découvrant la solution ICELL8cx de Takara Bio, récemment intégrée à son parc instrumental. Le Dr Amélie BONNEFOND - directrice de Recherche à l’Inserm, responsable de l’EquipEx LIGAN-PM et cheffe d’équipe au sein de l’UMR 1283/8199 - et Philippe JOANIN - directeur régional des Ventes France & Benelux chez Takara Bio Europe - répondent à nos questions…

La Gazette du Laboratoire (LGdL) : « Bonjour Mme BONNEFOND & M. JOANIN. Pour commencer, Mme BONNEFOND, pouvez-vous nous dire quelques mots sur votre parcours dans le monde de la recherche, et en particulier de la génétique humaine ? »

Amélie BONNEFOND (A. B.) : « Bonjour. J’ai découvert le monde de la recherche dans le cadre de mon master en Biologie-Santé, que je réalisais en parallèle d’une école d’agronomie à Montpellier. J’ai eu la chance d’effectuer plusieurs stages en laboratoire – l’effervescence autour des activités de recherche m’a énormément plu et c’est cette ambiance particulière qui m’a incitée à poursuivre en thèse. Ainsi, plus que pour sa thématique en génétique humaine, c’est avant tout pour la dynamique et la richesse de ses travaux que j’ai choisi d’intégrer le laboratoire de Philippe FROGUEL, et de quitter le Sud pour le grand Nord, à Lille.

J'ai obtenu mon doctorat en 2010 et depuis, je n’ai jamais cessé d’étudier les maladies métaboliques telles que le diabète de type 2 et l'obésité, et leur étiologie génétique. Je suis aujourd’hui directrice de recherche Inserm au sein du groupe de recherche du Pr FROGUEL, l'UMR 1283/8199 (INSERM, CNRS, Université de Lille, Institut Pasteur de Lille, CHU de Lille). Je dirige au sein de cette UMR l’équipe Inserm « (épi)génomique fonctionnelle métabolique et ses anomalies dans le diabète de type 2 et les troubles associés » et supervise en outre la plateforme EquipEx LIGAN-PM, spécialisée dans le séquençage de nouvelle génération. Je suis par ailleurs professeur invité à l'Imperial College de Londres où j'enseigne en cours de master... »

LGdL : « A propos de la plate-forme LIGAN-PM : que signifie son acronyme ? Dans quel contexte a-t-elle été créée ? »

A. B. : « LIGAN-PM signifie Lille Integrated Genomics Advanced Network for Personnalized Medicine. La plateforme a été créée en 2010, initialement sur le campus de l'Institut Pasteur de Lille ; c’est une structure EquipEX issue du Programme Investissements d’Avenir, rattachée à l’UMR 1283/8199.

Depuis 1995, une expertise de niveau mondial s’est développée à Lille dans le domaine du diabète, de l’obésité et des maladies cardio-métaboliques associées. Plusieurs découvertes importantes sont nées des travaux de l’UMR 1283/8199, en partenariat notamment avec l’UMR 1011 « Récepteurs nucléaires, maladies cardiovasculaires et diabète » et l’U1190 « Recherche Translationnelle pour le Diabète », comme la mise en évidence de différents mécanismes primaires de la dysfonction pancréatique du DT2, l’identification de gènes régulant l’appétit ou encore le rôle des récepteurs nucléaires tels que les « PPARs » dans l’insulino-résistance et les maladies cardiovasculaires. Ensemble, en 2009, les trois groupes de recherche ont fondé l’EGID, premier institut de recherche en France dédié au diabète, à l’obésité et à leurs complications, et c’est quelques mois plus tard que la plateforme de génomique LIGAN-PM a vu le jour sous l’égide de l’EGID, du CNRS, de l’Université de Lille, l’Inserm, le CHU de Lille et l’Institut Pasteur de Lille. »

« Notre laboratoire a emménagé en 2017 dans le bâtiment EGID, financé par le LabEx. Nos installations s’étendent aujourd’hui sur plus de 700 m², au cœur du campus du CHU de Lille », ajoute le Dr BONNEFOND. « Depuis 2019, notre unité coordonne par ailleurs le nouveau Centre National de Médecine de Précision des diabètes, PreciDIAB ».

LGdL : « Quels sont les grands axes de recherche actuels de l’UMR 1283/8199 ? »

A.B. : « Les projets de l’équipe se focalisent sur les investigations génétiques et génomiques de patients atteints de maladies métaboliques incluant le diabète de type 2, l’obésité, les dyslipidémies et les maladies rénales. Chez les patients avec une suspicion de maladie monogénique, nous réalisons un diagnostic moléculaire. Si une mutation pathogène est identifiée dans un gène actionnable, une médecine génomique personnalisée peut alors être directement appliquée. Chez un patient diabétique, par exemple, l’identification d’une mutation pathogène dans le gène de la glucokinase – dont l’implication dans le diabète a été démontrée en 1992 par l’équipe de Philippe FROGUEL - permet de statuer sur l’arrêt des traitements anti-diabète tels que l’insuline ou des médicaments oraux hypoglycémiants.

Dans le cas contraire, nous recherchons de nouvelles étiologies génétiques de la maladie via la génomique et la biologie fonctionnelle. Dans les formes complexes polygéniques de ces pathologies métaboliques, nous investiguons des cohortes de patients via des études à grande échelle de biologie des systèmes ou de biologie intégrative utilisant des méthodes holistiques d’exploration du génome, métabolome, et bientôt protéome, ainsi que des analyses bio informatiques et statistiques complexes. Nous analysons en particulier la régulation de l’expression des gènes dans différents tissus et organes, afin d’identifier de nouvelles cibles thérapeutiques et développer de nouveaux traitements.

A travers ces études, nous essayons en outre d’améliorer :
1/ la prédiction des maladies métaboliques dans un objectif de prévention des maladies chroniques. Ce travail est réalisé au sein du centre PreciDIAB ;
2/ la caractérisation des patients, basée sur des traits génétiques et cliniques, de manière à les regrouper en sous-groupes plus homogènes (stratification) afin de progresser vers une médecine de précision. »

LGdL : « Qu’en est-il plus précisément du champ d’activités de la plateforme LIGAN-PM : quelles prestations propose-t-elle ? A destination de quelles cibles ? »

A. B. : « La plateforme LIGAN-Médecine Personnalisée est aujourd’hui l’une des plateformes françaises les plus performantes en France dans le domaine du séquençage de nouvelle génération et de la génomique de pointe. Labellisée GIS IBiSA et noyau central de France Génomique, elle est à la fois un outil dédié à la science, avec une haute expertise en GWAS (Genome Whole Association Studies) et NGS (Next Generation Sequencing) en génétique humaine, et une plate-forme de service ouverte aux collaborations et prestations. Notre champ d’activités couvre l’ensemble des compétences développées à l’UMR1283-8199 : de la préparation robotisée de librairies WES (Whole Exome Sequencing), WGS (Whole Genome Sequencing), RNAseq… aux projets moyen/haut débit/très haut débit de génotypage, de séquençage et de transcriptomique jusqu’à l’analyse bio-informatique et/ou bio-statistique de toutes les données générées.

Nous développons par ailleurs une activité d’analyses Single Cell ainsi que le diagnostic de maladies telles que le diabète, l’obésité, les dyslipidémies et complications associées, par la recherche de cause génétique, non seulement à partir d’un locus défini par le prescripteur (séquençage Sanger) mais aussi, depuis peu, sous accréditation ISO 15189, dans un panel de gènes (in silico) impliqués dans ces pathologies, grâce au séquençage NGS d’exome entier, c’est-à-dire de toutes les régions codantes de l’ADN. Notre objectif est d’offrir aux communautés scientifiques académiques et médicales, ainsi qu’aux laboratoires privés, un ensemble complet de compétences et d’outils pour simplifier l’étude de la génétique, de la génomique et de la transcriptomique. Nous élaborons nos propres pipelines d’analyses et sommes en mesure, grâce à nos outils et expertises, d’accompagner nos partenaires sur tout type de projets, depuis le montage jusqu’à l’analyse des données obtenues ».

LGdL : « De quelles ressources humaines et matérielles dispose la plateforme LIGAN-PM ? »

A. B. : « La plateforme LIGAN se compose de plusieurs groupes aux expertises complémentaires, dont un groupe Biobanque pour les extractions d’ADN et d’ARN et un groupe Puce à ADN pour les analyses de méthylation et GWAS, un groupe NGS pour le développement et l’application de protocoles adaptés à la recherche en génétique des maladies humaines, un groupe Bioinformatique pour l’analyse des données à l’issue du séquençage, ainsi qu’un groupe Bio-statistique pour l’analyse des données de micro-array et de transcriptomique...

Notre parc instrumental réunit un ensemble de technologies parmi les plus puissantes dans le domaine du séquençage de nouvelle génération. Il est notamment doté de plusieurs séquenceurs, divers robots pour la préparation de librairies, un plateau dédié au génotypage et d’autres appareils de pointe de génomique (NanoString) auxquels s’ajoute depuis quelques mois le système d’analyse Single-Cell ICELL8cx de Takara Bio ».

LGdL : « Pourquoi avoir choisi le système ICELL8cx de Takara Bio ? »

A. B. : « Nous avons choisi cette solution, car elle constitue un excellent complément au système 10x Genomics pour révéler toute la complexité de la diversité cellulaire, cellule par cellule. Nous sommes encore aujourd’hui en phase de développement, mais notre objectif principal avec l’acquisition de cet équipement est la réalisation d’analyses RNAseq Full length, voire WGS, au niveau de la cellule unique. Cela nous permettra d’atteindre un niveau de détail bien plus profond qu’avec le système 10x Genomics ».

LGdL : « Monsieur JOANIN, quelques précisions sur ce nouveau système ICELL8cx, ses principales caractéristiques techniques et domaines d’applications ? »

Philippe JOANIN (P. J.) : « Le système ICELL8cx est une évolution du précédent système ICELL8 en une version plus compacte. Cet automate donne la possibilité de réaliser des analyses Single-Cell sur 1000 à 1500 cellules et possède des caractéristiques qui le rendent unique sur le marché, à commencer par un nanodispenseur permettant de distribuer chaque cellule dans un des nanopuits d’une puce qui en possède plus de 5000. Les volumes de dispense sont très faibles - jusqu’à 30 nl – réduisant ainsi de façon substantielle la consommation de réactifs et donc le coût.

Le système ICELL8cx permet aussi d’automatiser la préparation des librairies NGS pour chacune des cellules sélectionnées. Il inclut par ailleurs une caméra capable de sélectionner les puits contenant une seule cellule, et de contre-sélectionner les puits vides ou ceux contenant plusieurs cellules ou les cellules mortes. La caméra donne également une image de la cellule, permettant de corréler son phénotype et son génotype. Ce point peut être très important pour s’assurer que la cellule étudiée est viable ou, dans le cas de cellules de type cardiomyocyte, pour différentier les mono des poly nuclées. A noter en outre que l’ICELL8cx offre l’opportunité de travailler sur une large gamme de cellules dont les très grosses - de 100 µm -telles que les cardiomyocytes adultes.

Ouvert et programmable, le système ICELL8cx donne accès à de nombreuses applications. Des protocoles au niveau de la cellule unique ont notamment été développés par des utilisateurs aux Etats-Unis en épigénétique, telles ATAC-seq ou CUT&Tag... »

LGdL : « D’autres nouvelles solutions Takara Bio ont-elles été récemment introduites ou le seront-elles prochainement sur le marché français ? »

P. J. : « La société Takara Bio est une société très innovante, et plusieurs nouveaux produits naissent de sa R&D chaque année. Concernant le système ICELL8cx, un nouveau kit pour le séquençage du transcriptome complet des cellules uniques a récemment été mis sur le marché. Ce kit, nommé SMART-seq Pro, permet l’analyse des transcrits en « full-length » pour étudier les variations dans l’expression des gènes et identifier les SNP (Single Nucleotide Variant), fusion de gènes et isoformes, informations non accessibles par les méthodes 3’DE traditionnelles. Grâce à ce kit optimisé pour l’ICELL8x, le nombre de gènes détectés par cellule est en effet beaucoup plus élevé qu’avec l’approche 3’DE, ce qui permet d’obtenir plus d’informations sur chaque cellule étudiée, notamment sur les gènes de régulation, faiblement exprimés, et qui échappent généralement à la détection. »

Le groupe Takara Bio, aujourd’hui fort de 1 400 employés dans le monde, trouve ses racines au Japon dans les années 20. Il s’impose aujourd’hui parmi les leaders internationaux sur le marché des outils moléculaires à destination de la biologie avancée. Grâce à ses équipes de R&D, principalement basées au Japon et aux Etats-Unis, mais aussi en Suède et en Chine, le Groupe a su développer un ensemble unique de solutions très innovantes, reconnues par les chercheurs du monde entier, dans les domaines du clonage de gènes, de l’analyse génétique, l’expression et la purification de protéines, du séquençage à haut débit, des cellules souches ou encore des productions virales… Takara Bio Europe attache par ailleurs une grande importance à prendre en compte les enjeux et contraintes des chercheurs, pour leur apporter des recommandations et un support expert…

A vos agendas ! Takara Bio Europe - dont le siège est situé à Saint Germain en Laye, en région parisienne - a prévu de participer à plusieurs salons dont notamment Forum Labo Lyon les 19 et 20 septembre prochains ainsi qu’au 5th International Cancer Symposium du 2 au 4 novembre, également à Lyon.

Pour en savoir plus :
www.takarabio.com/learning-centers/automation-systems/icell8-introduction

S. DENIS


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