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Intérêt de la PCRq en CGH array Dr Nathalie LE DÛ Laboratoire de cytogénétique GH Cochin – St Vincent de Paul PARIS XXIème colloque ATC - Rouen – 22/23.

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1 Intérêt de la PCRq en CGH array Dr Nathalie LE DÛ Laboratoire de cytogénétique GH Cochin – St Vincent de Paul PARIS XXIème colloque ATC - Rouen – 22/23 Sept 2011

2 Quelles anomalies peut-on « voir », avec quelle technique cytogénétique ? résolution Notion de « résolution » Caryotype standard: 10 – 20 Mb Caryotype en « haute résolution »: 5 Mb FISH: 150 kb (BAC) à 50 kb (cosmide) CGH array: Puce BAC: 500 kb à 1 Mb Puce oligos: 100 kb (sur tout le génome) voire moins pour certains types de puces (< 1 kb) PCRq: amplicon = 90 à 150 pb Techniques de plus en plus fines pour explorer le génome Techniques de plus en plus fines pour explorer le génome

3 Principe de la PCR Technique d'amplification enzymatique qui permet, à partir d'un fragment dADN, d'obtenir plusieurs millions de copies identiques de ce même fragment PCR classique En PCR classique, lamplification dune séquence dADN suit 3 étapes: - dénaturation de lADN double-brin - hybridation des amorces - synthèse du brin complémentaire (ADN polymérase) Au fil des cycles, la quantité d'amplicons va augmenter de façon exponentielle. Dans la pratique, une PCR de 30 cycles produit environ 10 6 copies. Le produit amplifié est détecté lorsque les cycles de PCR sont terminés. PCR quantitative Un des avantages majeurs de la PCR quantitative est de pouvoir quantifier le nombre de copies dADN initialement présentes dans le prélèvement. détection du produit amplifié au cours de la réaction (détection rendue possible en ajoutant une molécule fluorescente au mélange réactionnel) PCR « en temps réel » Le Thermocycler mesure une émission de fluorescence proportionnelle à la quantité dADN amplifié à chaque cycle.

4 PCR classique versus PCR en temps réel

5 Cinétique de la PCRq Phase exponentielle damplification = phase la plus reproductible de la réaction, seul moment où la PCR est modélisable donc QUANTIFIABLE

6 Modes de détection détection Plusieurs types de détection du produit PCR: - grâce à une molécule se liant à lADN (SYBRGreen®) - grâce à une sonde moléculaire spécifique (Taqman®,…)

7 Chimie SybrGreen (1) Fluorochrome sintercalant spécifiquement dans lADN double brin nouvellement synthétisé. Sous une excitation UV, émission dun signal de fluorescence dont la mesure permet de quantifier lADN double brin.

8 Chimie SybrGreen (2)

9 Chimie TaqMan Sonde marquée par 2 fluorophores: - extrêmité 5 de la sonde = fluorophore donneur ou émetteur - extrêmité 3 = fluorophore extincteur ou quencher Le quencher étant à proximité du donneur inhibe lémission de fluorescence par ce dernier. Lorsque la sonde est hydrolysée par la Taq polymérase, le fluorophore et le quencher séloignent entrainant une émission de fluorescence proportionnelle à la quantité de cible hydrolysée.

10 Notion de cycle seuil (Ct) Pour quantifier un échantillon par PCR en temps réel, on détermine le nombre de cycles à partir duquel le produit PCR est détectable Le moment dapparition de ce signal seuil dénommé cycle seuil ou Ct (Cycle threshold) est dépendant de la quantité de matrice initialement présente dans léchantillon amplifié Seuil

11 Quantification (1) quantifier lADN Plusieurs façons de quantifier lADN: - quantification absolue dilutions standards de concentrations connues puis détermination de la concentration absolue du gène cible

12 Quantification (2) - quantification relative - quantification relative fait intervenir un gène de ménage (GAPDH, Albumine, beta-actine, …) qui va servir de normalisateur (considéré comme stable dans le modèle présenté) et ne subira pas de changement dexpression en fonction des conditions analysées. Ce gène de contrôle va permettre de compenser déventuels biais de PCR provenant de : - variations dans la quantité et la qualité des échantillons - rendement dextraction différent entre échantillons - variations dans les erreurs de pipetage - variations defficacité de PCR le gène de référence est quantifié en même temps que le gène cible étudié. La concentration de ce dernier est ensuite normalisée par rapport à celle connue du gène de référence

13 Avantages/Inconvénients de la chimie SybrGreen® Avantages: Spécifique Quantitatif Reproductible Peu coûteuse « Rapide » … Limites: Absence de spécificité de la fluorescence mesurée risque de détection de dimères doligonucléotides Choix judicieux des primers en amont pour assurer la spécificité 2 - ou dun produit PCR non spécifique contrôle de la présence dun seul produit PCR par évaluation du Tm du produit PCR à laide de la courbe de fusion

14 Etapes de vérification en PCRq Recherche de primers dans la région: Vérifier labsence de variants (Ensembl, UCSC) Cibler plusieurs exons dun même gène ou plusieurs gènes de la région (UCSC) Faire un BLAST pour rechercher les homologies sur dautres chromosomes et les « masquer » Rechercher les snp et les masquer Rechercher les séquences répétées Obtention dune séquence « épurée » Choix des primers (attention: dimères) Réalisation des courbes standards avec les primers choisis, calcul defficacité de PCR Réalisation de la PCR quantitative pour le patient Interprétation du dosage - Confirmation ou infirmation de lanomalie suspectée en CGH array - Analyse des parents: Polymorphisme (CNV) ? Duplication pathogène ? Etude du mécanisme de survenue par Hybridation in situ

15 Avantages/Inconvénients de la chimie SybrGreen® Les dimères HAIRPIN: replie dun primer sur lui-même CROSS DIMER: intéraction intermoléculaire entre le primer Forward et le primer Reverse quand ils présentent des homologies (F-R ou R-F) SELF DIMER: intéraction intermoléculaire entre primers du même sens (F-F ou R-R)

16 Avantages/Inconvénients de la chimie SybrGreen® Courbes de fusion (= de dissociation) courbe de fusion Pour vérifier quun seul produit PCR a été amplifié, on réalise une courbe de fusion en fin de réaction. Réalisée en soumettant les amplicons à une température progressant de 55°C à 95°C et en mesurant l'intensité de fluorescence en continu. température de fusion Tm (température de fusion) = température à laquelle 50% des brins sont désappariés (spécifique)

17 Interprétation des courbes de fusion Un seul pic même Tm pour toutes les amplifications PCR SPECIFIQUE épaulement traduisant la présence dun second produit PCR minoritaire PCR NON SPECIFIQUE Tm1Tm2

18 Résultats Les résultats sont exprimés par un rapport cible/référence de chaque échantillon normalisé par le rapport cible/référence dun échantillon appelé calibrateur. La précision du résultat dépend des efficacités de PCR des gènes cibles et référence. Lefficacité de PCR est un facteur important pour la reproductibilité des résultats. Plus lefficacité PCR est grande, plus la PCR sera robuste, en particulier lorsque lon travaille avec des échantillons présentant un faible nombre de copies. Ratio = 1.5 duplication Ratio = 0.5 délétion

19 Pourquoi choisir la chimie SybrGreen ? De façon idéale, chimie TaqMan: mieux ++ plus spécifique Pas de dimères Mais coûteux Et design des amorces/sonde long Choix de la chimie SybrGreen: Moins coûteux Design moins long mais à recommencer à chaque vérification de CGH … Pb des dimères Choix stratégique et financier …

20 Arbre décisionnel – Cochin/St Vincent de Paul Arrêt investigation cytogénétique ou grande del dup ou petite del

21 Comparaison FISH/PCRq: cas dune « grande » délétion 22q11.2 (délétion 22q11.2 non visible) délétion visible sur mitoses et sur noyaux Caryotype standardFISH 22q11.2/22q13.3

22 Comparaison FISH/PCRq: cas dune « grande » délétion 22q11.2 Conclusion Conclusion: Grande délétion vue en FISH et en PCRq

23 Comparaison FISH/PCRq: cas dune duplication 22q11.2 duplication 22q11.2 non visible duplication non visible sur la quasi totalité des mitoses, visible sur quelques noyaux mais … asymétrie de signal sur certaines mitoses, non visible sur de nombreux noyaux 3 spots 2 spots Conclusion ?? 22q11.2/22q13.3

24 Comparaison FISH/PCRq: cas dune duplication 22q11.2 Conclusion Conclusion: duplication 22q11.2 vue en PCRq, douteuse en FISH + étude simultanée des parents (de novo )

25 Quid du conseil génétique ? CGH, PCRq: aucun renseignement sur le mécanisme Importance de la FISH ++ Implication dun 3 ème chromosome dans 1.5 à 10% des cas de duplications (selon les publications) « the potential for an otherwise benign duplication to result in a clinically relevant outcome through the disruption of a gene necessitates the use of FISH to determine whether copy- number gains detected by array CGH represent tandem duplications or unbalanced insertions » Recurrence, submicroscopic complexity, and potential clinical relevance of copy gains detected by array CGH that are shown to be unbalanced insertions by FISH. Neill NJNeill NJ, Ballif BC, Lamb AN, Parikh S, Ravnan JB, Schultz RA, Torchia BS, Rosenfeld JA, Shaffer LG.Ballif BCLamb ANParikh SRavnan JBSchultz RATorchia BSRosenfeld JAShaffer LG Genome Res.Genome Res Apr;21(4):535-44

26 Exemple Duplication 9p12 en CGHa Duplication confirmée par la PCRq (ratio 1.5, 3 copies) Hypothèse 1 = duplication en tandem ? Hypothèse 2 = insertion dans un 3 ème chromosome ?

27 Insertion de matériel chromosomique Hypothèse 2 9p12-p21 dans le bras court du chromosome 5 = Hypothèse 2 FISH Demander les parents De novo Conseil génétique ++ (trisomie 9p, monosomie 9p) Hérité dun des 2 parents (insertion équilibrée) PCRq et FISH = techniques COMPLEMENTAIRES ++

28 En pratique …

29 CAS 1 Enfant M. Lilou, 2 ans Clinique: crises épilepsie, dilatation ventriculaire, gesticulation excessive, hypotonie axiale Cytogénétique: Caryotype: normal 46,XX Etude subtélomères: normale 40 kb CGH array: suspicion de délétion en Xp22.13 (40 kb) emportant le début du gène CDKL5 23 exons, 2 isoformes Exprimé dans le cerveau fœtal humain (isoforme II) Impliqué dans la survenue de lencéphalopathie épileptique infantile Mutations ++ translocations X-autosome interrompant le gène CDKL5, microdélétions, …

30 Interprétation CGH Logiciel Genoglyphix Logiciel Signal Map

31 PCRq Choix des primers dans le gène CDKL5, exon 1 Confirmation de la délétion en Xp22.13 FISH: Région trop petite (40 kb), pas de BAC Etude des parents en PCRq: caractère hérité ou de novo ?

32 CAS 2 CGH array: dup Xq11.1 (411 kb) PCRq: primers choisis dans le gène ZC4H2 Etude des parents en PCRq: Dup origine maternelle Confirmation de la duplication Xq11.1 Patient Mère Père T. CGH T. fille

33 RP11-90I7 Sur noyaux: pas de duplication (RP11-90I7) Sur métaphases: pas de duplication (RP11-90I7) pas en FISH (411 kb) Duplication Xq11.1 mat vue en PCRq mais pas en FISH (411 kb)

34 CAS 3 Patient Mère Père Témoin fille PCRq: choix des primers dans le gène CRLF2 (PAR2) CGH array: dup Xp22.33 (636 kb) Confirmation de la duplication Xp22.33 origine maternelle

35 RP11-892B14 sur métaphases: pas de duplication (RP11-892B14) Sur noyaux: pas de duplication (RP11-892B14) pas en FISH Dup Xp22.33 mat vue en PCRq mais pas en FISH (636 kb)

36 CAS 4 Patient Témoin CGH Témoin labo PCRq: primers choisis dans le gène NUD7 Confirmation de la duplication 16q23.1 CGH array: dup 16q23.1 (522 kb)

37 sur métaphases: asymétrie de signal (RP11-24I3) ? Sur noyaux: duplication dans 60% des noyaux Dup 16q23.1 vue en PCRq et FISH (noyaux ++) RP11-24I3

38 CAS 5 PCRq: primers choisis dans le gène ZBTB20 Confirmation de la délétion 3q13.31 Etude des parents en PCRq: del 3q13.31 de novo CGH array: del 3q13.31 (430 kb) Témoin Patient Père Mère

39 sur métaphases: pas de délétion (RP11-107J18 pas en FISH (430 kb) Délétion 3q13.31 dn vue en PCRq mais pas en FISH (430 kb) Sur noyaux: pas de délétion (RP11-107J18 RP11-107J18

40 Conclusion Complémentarité des techniques Complémentarité des techniques: CGH array: dépistage PCRq: vérification, quantification FISH: étude du mécanisme chromosomique mosaiques Pb de la détection des mosaiques (seuil ?) Confrontation des expériences Confrontation des expériences: autres techniques de vérification labos « FISH exclusive »


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