Brevet FR2552879A1 — publié le 19850405

I Procédé et réactifs pour la détection d'une anomalie génétique dans une matière biologique, notamment dans une préparation de leucocytes. __________L'invention est relative à un procédé et à des réactifs pour la détection d'une anomalie génétique dans une matière biologique, par exemple un tissu ou, de préférence, une préparation de cellules du sang, telles 5 que des leucocytes Elle concerne plus particulièrement l'application de ce procédé à des détections in vitro d'anomalies génétiques mettant notamment en jeu des oncogènes ou des gènes exogènes susceptibles de s'incorporer aux tissus, leucocytes ou autres cellules de l'or10 ganisme et de s'y exprimer. Sous l'expression "anomalie génétique", on entend soit toute anomalie génétique se manifestant par une expression et impliquant par conséquent l'apparition précoce d'un ARN messager (m ARN), normalement non syn15 thétisé par l'hôte, soit au contraire l'absence ou la disparition d'un m ARN normalement synthétisé par l'hôte. Dans le premier cas (apparition d'un ARN messager normalement non présent chez l'hôte), le m ARN peut refléter soit une altération du patrimoine génétique de l'hôte, 20 soit une induction de l'expression de gènes présents dans l'organisme, mais normalement non exprimés, soit une invasion ou une infiltration de l'organisme de l'hôte dont provient la matière par des constituants étrangers, porteurs de gènes susceptibles d'être eux-mêmes exprimés dans cet organisme. On citera à titre d'exemples d'anomalies génétiques, les oncogènes souvent remaniés, qui s'expriment dans les tumeurs correspondantes Un certain 5 nombre de gènes impliqués dans des oncogénèses ont déjà été décrits dans la littérature (Myb, Myc, Erb). Par exemple, le gène Myc est activé dans les myélocytomatoses. Parmi ces produits peuvent encore également se 10 trouver les produits d'expression d'agents pathogènes ayant envahi l'organisme à un stade antérieur. On appréciera que le traitement des affections qui peuvent être liées à ces anomalies génétiques sera d'autant plus efficace qu'elles auront été dépistées 15 plus tôt. L'invention vise par conséquent à promouvoir un procédé de détection qui puisse rendre compte des stades les plus précoces du développement de l'affection recherchée Elle s'est par conséquent particulièrement intéressée aux premières séquences des séries d'évènements qui, au plan biologique, aboutissent aux produits d'expression caractéristiques de l'affection ou de l'anomalie étudiée L'un de ces premiers événements consiste dans la transcription en m ARN de l'anomalie génétique qui en est la cause. Dans son aspect le plus général, l'invention a également pour but de fournir un procédé permettant d'opérer des détections de la présence ou non d'un ARN au sein d'un échantillon biologique, qui soit à la fois 30 plus sensible et plus simple à mettre en oeuvre que les procédés classiques de détection d'un ARN particulier. En particulier, l'invention vise à remédier aux difficultés qu'entraîne la mise en oeuvre des procédés classiques, ceux-ci impliquant en général des purifications 35 poussées des ARN avant que soit envisagée la mise en contact de ces derniers avec une sonde susceptible d'hybrider avec l'ARN particulier recherché Plus particulièrement, l'invention a donc aussi pour but de réduire dans une importante proportion les traitements préliminaires nécessaires à l'obtention d'une prépara5 tion d'ARN dans un état convenable pour que l'étape de détection, notamment par hybridation avec une sonde marquée, puisse effectivement être mise en oeuvre Elle a par conséquent encore pour but de réduire les pertes d'ARN à détecter qu'entraînent les procédures usuelles 10 de purification. Dans son aspect le plus large, le procédé selon l'invention de détection d'une anomalie génétique déterminée dans une matière biologique est caractérisé par le traitement des cellules contenues dans cette matière, en vue de libérer une partie au moins de leurs constituants-cellulaires internes, y inclus de leurs ARN messagers, et de démasquer ceux-ci de façon à les rendre accessibles, par hybridation, à des séquences nucléotidiques qui leur sont complémentaires, ce traitement 20 étant cependant effectué dans des conditions suffisamment ménagées pour que soit essentiellement évitée toute dénaturation des acides nucléiques bicaténaires contenus parmi ces constituants cellulaires, par la mise en contact de ceux-ci avec une sonde, contenant une séquence 25 de nucléotides complémentaire de l'ARN caractéristique de l'anomalie génétique, dans des conditions propres à permettre l'hybridation de cette sonde avec cet ARN caractéristique, et par la détection de l'hybride éventuellement formé. L'invention s'applique avec un avantage particulier à la détection de m ARN intervenant dans l'expression de gènes particuliers, dès lors que l'on dispose de sondes appropriées. Un premier élément caractéristique de l'inven35 tion découle de la découverte que la détection d'un ARN messager ou plus généralement de tout ARN éventuell- ment présent dans un échantillon biologique était rendue possible dès que cet ARN pouvait être "démasqué", ce démasquage impliquant une dissociation au moins partielle des complexes que ces ARN s'avèrent former avec 5 d'autres constituants cellulaires, notamment des protéines Il n'est alors pas nécessaire de procéder à la purification complète de l'ARN recherché. Le second élément caractéristique du procédé selon l'invention réside dans le traitement ménagé, tel 10 qu'il a été défini plus haut La nondénaturation, en tout cas dans des proportions sensibles, des acides nucléiques bicaténaires renforce la sélectivité de l'opération d'hybridation ultérieure de 'ARN recherché avec la sonde marquée Les ADN bicaténaires ne peuvent en 15 effet pas intervenir avec la réaction d'hybridation. Le procédé de détection d'ARN selon l'invention est donc particulièrement avantageux en raison de sa simplicité, de sa sensibilité, cette dernière étant encore accrue par la limitation à un minimum des pertes 20 de l'ARN particulier recherché. L'invention est encore applicable à la détection de toute séquence nucléotidique monocaténaire étrangère à la matière biologique étudiée A ce titre, I'invention peut être appliquée à la détection des produits 25 d'expression de virus, par exemple du virus de l'hépatite B,ou encore de rétrovirus, dont la présence peut attester du développement d'une affection déterminée chez l'hâte dont provient l'échantillon biologique A titre d'exemple d'affection diagnostiquable in vitro par 30 le procédé selon l'invention, on mentionnera les lymphadénopathies ou le syndrome de déficience immunitaire acquise, grâce à la détection du rétrovirus qui paraît s'y rattacher (F Barré-Sinoussi et Coll. Science, 20 mai 1983, 220, 868-871). L'invention trouve une application particu- lièrement importante dans le domaine du diagnostic précoce in vitro de tumeurs malignes ou de leucémies. Elle conduit à des résultats particulièrement significatifs chaque fois qu'un gène oncogène (ci-après 5 désigné souvent sous l'expression "oncogène") lié au type de tumeur en cause a été identifié Dans un tel cas, la détection reposera sur la réalisation d'une hybridation entre le m ARN correspondant, dont la production constitue le premier stade de l'expression du 10 gène correspondant, avec une sonde contenant une séquence nucléotidique correspondant à ce gène. L'expérience a montré que la méthode de l'invention est applicable au dépistage précoce d'autres tumeurs, notamment de tumeurs solides primaires, même lorsque des oncogènes spécifiques liés à ce type de tumeur n'ont pas encore été isolés Il a en effet été constaté que le développement au sein d'un organisme d'une tumeur donnée s'accompagne souvent d'une induction de l'expression d'oncogènes, apparemment non directement 20 impliqués dans la tumeur en cause C'est ce qui est observé dans le cas de carcinomes mammaires humains, qui peuvent être détectés in vitro par la mise en oeuvre du procédé selon l'invention avec une sonde hybridable avec le gène Myc, avec un degré de certitude au moins équi25 valent à celui des résultats fournis par d'autres méthodes utilisées dans ce domaine (si l'on fait exception des coupes anatomo-pathologiques). La matière biologique de choix pour réaliser ce type de détection est constituée par une préparation de 30 cellules sanguines, de préférence des leucocytes Les observations qui ont été faites apportent un soutien consistant à l'hypothèse qu'une prolifération de cellules tumorales dans l'organismes peut s'accompagner dans de nombreux cas d'une induction suffisante d'une 35 grande variété des oncogènes présents, pour que leur expression soit détectable par le procédé selon l'invention, à l'aide d'une sonde complémentaire de l'un d'entre eux L'expérience montre en outre que la capacité d'infiltrations de l'organisme par les cellules lymphoblastoides issus de tumeurs solides à caractère 5 très fortement inflammatoire est telle que leur détection est efficacement effectuée sur les leucocytes obtenus à partir d'une simple prise de sang. L'invention est donc d'une application particulièrement importante pour préciser un diagnostic et un 10 pronostic sur le développement de néoplasies donnant naissance à des métastases (pulmonaires, ganglionnaires), en ce que le degré d'infiltration de l'organisme, et en particulier du sang par les cellules lymphoblastoides, apparaît comme directement lié à la 15 malignité de la tumeur. La possibilité de réaliser le diagnostic in vitro sur un échantillon de sang se révèle d'une importance particulière, surtout si l'on tient compte du caractère quelquefois incertain des biopsies souvent 20 effectuées à ce jour pour les besoins du diagnostic in vitro Outre le désagrément certain que représente les biopsies pour les patients qui les subissent, il peut se faire qu'elles ne soient pas réellement prélevées dans la zone la plus significative de la tumeur, de sorte que 25 le diagnostic peut être faussé Il va néanmoins sans dire que l'invention peut également être appliquée à une matière biologique consistant en un tissu tumoral, dès lors qu'un diagnostic in vitro plus fin serait requis. Les possibilités d'application du procédé selon 30 l'invention ne sont pas limitées aux exemples qui viennent d'être indiqués Il s'applique cependant avec un avantage particulier à la détection de toute affection s'accompagnant de la libération dans la circulation sanguine de produits d'expression de gènes particuliers, 35 que ce soient des affections à caractère cancérigène, par exemple des leucémies, ou des affections rattachées à des anomalies chromosomiques ou à des infections virales. Conformément à un mode de réalisation préféré du procédé selon l'invention, le traitement ménagé des 5 cellules à traiter comprend une mise en contact des cellules de la matière étudiée, de préférence des leucocytes sanguins, avec un détergent non ionique, tel que ceux connus sous les désignations commerciales ou non, NONIDET 40 (NP 40), BRIJ 35, désoxycholate, etc et 10 une mise en contact de ceux des constituants cellulaires libérés, susceptibles de contenir les ARN messagers avec une solution d'un sel ionique de haute molarité, par exemple une solution concentrée d'iodure de potassium ou de sodium pour à la fois dissoudre et dissocier les com15 plexes que forment les ARN avec des protéines ou autres constituants ' Les extraits cellulaires peuvent alors être soumis à la procédure de détection de l'ARN complémentaire de celui de la sonde choisie On peut à cet égard 20 avoir recours à toute technique connue Il est avantageux d'utiliser les techniques d'hybridation in situ de nitrocellulose A cet effet, un petit volume de la solution de l'extrait cellulaire et du sel ionique est déposé sur le filtre de cellulose Ce dernier est 25 ensuite lavé avec les solutions permettant d'éliminer les excès du sel ionique, des protéines et de la sonde non fixée Il est avantageux de procéder à ces lavages avec de l'eau, des solutions d'un détergent ionique tel que le dodécylsulfate de sodium, et d'éthanol Ce 30 dernier contribue également à fixer l'ARN précipité sur le filtre et facilite la détection ultérieure, par mise en contact du filtre avec une sonde marquée. Il va de soi que l'on peut utiliser toute technique classique pour réaliser le marquage de la 35 sonde Par exemple, celle-ci est marquée radioactivement ou couplée (ou couplable) à une enzyme révélable par l'action qu'elle est susceptible d'exercer à l'égard d'un substrat déterminé, ou à une molécule fluorescente. Il est avantageux de procéder à une acétylation ou analogue du filtre, avant la réalisation des mesures 5 aboutissant à la détection, dans le but -d'empêcher tout bruit de fond, tels que ceux qui seraient produits par les interactions de la sonde acide nucléique avec les charges du filtre. L'invention concerne encore des nécessaires pour 10 réaliser la détection in vitro d'une anomalie génétique dansles conditions qui ont été définies plus haut Untel nécessaire, notamment applicable à une préparation de leucocytes sanguins, est caractérisé par un ensemble de réactifs, parmi lesquels: un ou plusieurs détergents non ioniques permettant, dans des conditions de dilution appropriées, de dissoudre les membranes des cellules contenues dans la matière biologique à traiter; des sels ioniques tels que iodures de sodium ou de potassium, pour réaliser à la concentration voulue une dissociation des complexes protéine-ARN contenus dans la matière traitée; les constituants et tampons nécessaires à la réalisation des solutions des susdits détergents non ioniques 25 et sels ioniques à des concentrations permettant le traitement ménagé des cellules de la susdite matière, pour causer la libération d'une partie au moins des constituants cellulaires internes, y compris des ARN messagers et le démasquage des ARN; une ou plusieurs sondes marquées contenant une séquence de nucléotides caractéristiques de l'anomalie génétique recherchée et les moyens permettant la réalisation de l'hybridation ultérieure in situ de l'ARN caractéristique de l'anomalie génétique recherchée avec 35 une ou plusieurs des susdites sondes marquées. Avantageusement, ce nécessaire comporte encore les moyens pour réaliser une hybridation in situ entre le ou les sondes et l'ARN complémentaire éventuellement présent dans le milieu biologique étudié Le nécessaire 5 comprend alors un filtre ou analogue sur lequel peuvent être déposés les ARN, et un réactif de fixation de l'ARN messager sur le filtre, tel que l'éthanol, les réactifs pour l'élimination par lavage des protéines, lipides et autres constituants cellulaires résiduels. Ce nécessaire comprend avantageusement encore un réactif tel que l'anhydride acétique dans la triéthanolamine, apte à prévenir la fixation de la sonde sur le filtre, par l'intermédiaire de liaisons autres que celles résultant de l'hybridation. Des solutions avantageuses des divers réactifs susceptibles d'être utilisés efficacement dans la mise en oeuvre du procédé selon l'invention présentent notamment les domaines de concentrations suivants: solution aqueuse de détergent non ionique: de 0,2 % 20 à 1 % en volume de NP 40 ou 0,2 à 1 % en volume de désoxycholate,ou mélange des deux solutions à raison de 20 à 80 parties de NP 40 et de 80 à 20 parties de désoxycholate, ou de préférence équiparties, solution aqueuse d'iodure de sodium ou de potassium à 13 M, solution du détergent ionique, tel que le dodécylsulfate de sodium: à,2 à 2 y en volume, solution aqueuse d'éthanol: 50 à 100 % en volume, 30 solution d'anhydride acétique dans la triéthanolamine: 0,05 à 0,2 % molaire en triéthanolamine et 0,1 à 0,5 % en volume d'acide acétique Dans ce qui suit, on indique à titre d'exemple non limitatif une procédure avantageuse pour réaliser un essai type de détection de l'expression d'un oncogène dans un échantillon biologique provenant d'un patient déterminé. Un échantillon de sang est soumis à un traitement visant à lyser les globules rouges, par exemple par mise en contact avec une solution de chlorure d'ammonium On centrifuge l'échantillon à basse vitesse, 5 par exemple à 1000 rpm pendant 5 minutes On récupère le culot de centrifugation contenant les leucocytes Les leucocytes prélevés sont lavés deux fois dans un tampon phosphate (PBS) et dissociés dans un mélange de deux détergents à 0,5 % (NP 40 et désoxycholate) Après une 10 incubation à O C pendant une durée de 5 à 15 minutes suivant la nature du tissu, les cellules sont traitées à la température ordinaire avec l'iodure de sodium (Na I, 6,1 M) L'extrait cellulaire obtenu peut être dilué dans une solution saturée de Na I ( 12,2 M) et déposé dans un 15 petit volume (quelques microlitres) sur un filtre de nitrocellulose (Schieischer et Schiill) Les filtres sont lavés 5 minutes dans l'eau, puis dans une solution de dodécylsulfate de sodium à 1 % Ensuite trois lavages de 5 minutes sont effectués dans l'éthanol à 70 % pour éli20 miner l'iodure de sodium Enfin un lavage de 10 minutes dans 20 ml d'une solution contenant 0,25 ml d'anhydride acétique dans 100 ml de triéthanolamine éliminera le bruit de fond du test Les filtres sont séchés et peuvent être stockés dans un dessicateur. Le filtre est ensuite traité et hybridé pendant une nuit avec un ADN sonde marqué (contenant par exemple une séquence hybridable avec l'un des oncogènes Myc, Myb, Erb, etc), par exemple comme décrit par Wahl et al ( 1979) Les séquences homologues (Myc, Myb, Erb) hybridées peuvent, par exemple, être détectées par autoradiographie de la sonde radioactive ou avec un antisérum antibiotine reconnaissant l'ADN sonde, lorsque l'on a recours à une sonde à laquelle a été couplée (ou peut être couplée) la biotine L'intensité de la tache 35 ("spot") permet d'apprécier de façon précise le degré il d'expression de l'oncogène par cellule, par gramme de tissu ou par millilitre de sang Le filtre contenant 5 toujours un standard interne peut être rehybridé avec une autre sonde marquée. Ce test a été mis en oeuvre dans le dépistage du carcinome mammaire humain sur des biopsies ou prélèvements de leucocytes provenant de 25 patients humains Il 10 a conduit à 12 réponses positives Les résultats présentent une bonne corrélation avec ceux qui ont été obtenus par l'examen de coupes anatomo-pathologiques. Comme il va de soi et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se 15 limite nullement à ceux de ses modes d'application et de réalisation qui ont été plus spécialement envisagés; elle en embrasse au contraire toutes les variantes. REVENDICATIONS 1 Procédé de détection in vitro d'une anomalie génétique déterminée dans une matière biologique, caractérisée par le traitement des cellules contenues dans cette matière, en vue de libérer une partie au moins de 5 leurs constituants cellulaires internes, y inclus de leurs ARN, et de démasquer ceux-ci de façon à les rendre accessibles, par hybridation, à des séquences nucléotidiques qui leur sont complémentaires, ce traitement étant cependant effectué dans des conditions suffisam10 ment ménagées pour que soit essentiellement évitée toute dénaturation des acides nucléiques bicaténaires contenus parmi ces constituants cellulaires, par la mise en contact de ceux-ci avec une sonde, de préférence marquée, contenant une séquence de nucléotides complémentaire de 'ARN caractéristique de l'anomalie génétique, dans des conditions propres à permettre l'hybridation de cette séquence avec cet ARN caractéristique, et par la détection de l'hybride éventuellement formé. 2 Procédé selon la revendication 1, carac20 térisé par le fait que i'ARN à détecter consiste en un ARN messager intervenant dans l'expression d'un gène déterminé. 3 Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé ' par le fait que 25 l'échantillon biologique est formée de constituants cellulaires du sang. 4 Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'échantillon biologique est à base de leucocytes. 5 Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le traitement ménagé susdit comprend une mise en contact avec un détergent non ionique pour solubiliser les membranes des cellules et une mise en contact des constituants cellulaires libérés avec une solution ionique de haute molarité pour dissoudre et dissocier les complexes protéine-ARN. 6 Application du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 à la détection in vitro d'une anomalie génétique à caractère pathologique sur une matière biologique originaire d'un patient éventuellement porteur de l'hétérogénéité génétique. 7 Application du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 à la détection in vitro de cellules blastoides ou de métastases de tumeurs malignes, caractérisée par la mise en contact des susdits constituants cellulaires avec une sonde marquée 15 complémentaire d'un gène oncogène. 8 Nécessaire pour réaliser la détection in vitro d'une anomalie génétique déterminée dans une matière biologique, notamment constituée par les constituants cellulaires du sang, de préférence des 20 leucocytes sanguins, caractérisé par un ensemble de réactifs parmi lesquels: un ou plusieurs détergents non ioniques permettant, dans des conditions de dilution appropriées, de dissoudre les membranes des cellules contenues dans la 25 matière biologique à traiter; des sels ioniques tels que iodures de sodium ou de potassium, pour réaliser à la concentration voulue une dissociation des complexes protéine-ARN contenus dans la matière traitée; les constituants et tampons nécessaires à la réalisation des solutions des susdits détergents non ioniques et sels ioniques à des concentrations permettant le traitement ménagé des cellules de la susdite matière, pour causer la libération d'une partie au moins des constituants cellulaires internes, y compris des ARN messagers et le démasquage des ARN; une ou plusieurs sondes marquées contenant une séquence de nucléotides caractéristiques de l'hétérogénéité génétique recherchée et les moyens permettant la réalisation de l'hybridation ultérieure in situ de l'ARN 5 caractéristique de l'anomalie génétique recherchée avec une ou plusieurs des susdites sondes marquées. 9 Nécessaire selon la revendication 8, caractérisé en ce que les moyens pour réaliser l'hybridation in situ comprennent un filtre ou analogue sur lequel o 10 peuvent être déposés les ARN, et un réactif de fixation de 'ARN messager sur le filtre, les réactifs pour l'élimination par lavage des protéines, lipides et autres constituants cellulaires résiduels, tels que l'éthanol. 10 Nécessaire selon la revendication 9, comprenant un réactif tel que l'anhydride acétique ou le triéthanolamine, apte à prévenir la fixation de la sonde sur le filtre, par l'intermédiaire de liaisons autres que celles résultant de l'hybridation.