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L'ADN fossile

L'ADN fossile désigne l'ADN extrait de spécimens anciens, tels que des squelettes ou des tissus momifiés, qui n'ont pas été préservés spécifiquement pour une analyse génétique ultérieure.

L'ADN fossile est passionnant à étudier car il donne accès à un point d'évolution dans le passé ! L'ADN peut être extrait de presque toutes les cellules. Cependant, l'ADN fossile aura subi un certain degré de dégradation en raison de l'exposition à des facteurs tels que la température et l'eau. Plus l'échantillon d'ADN est ancien, plus les dommages risquent d'être importants. Mais grâce aux progrès récents des technologies d'analyse ADN, même l'ADN fossile peut être analysé au moyen du séquençage de nouvelle génération. En raison de ces dommages, le nombre de cycles d'une PCR est généralement limité. À chaque cycle, il y a un risque d'introduire des erreurs.

Trois sections. La section supérieure montre la structure chimique de 3 bases d'ADN reliées par des groupes phosphates. L'hydrolyse est libellée et des flèches pointent depuis les bases d'ADN sur des vues de ces bases décomposées en composants chimiques plus petits. Les flèches qui partent de ces composants pointent sur du texte indiquant peu de molécules matrices ou fragment court. Ensuite, une flèche pointe sur du texte indiquant contamination ou produits PCR courts. La section du milieu montre l'alkylation ou la réaction de Maillard avec une flèche qui pointe sur les réticulations interbrins représentées par des liens entre les brins correspondants d'une molécule d'ADN. Une autre flèche pointe sur les réticulations intermoléculaires représentées par des liens entre un brin d'ADN et une molécule d'ADN distincte ou une protéine. Ces deux situations entraînent une non-amplification et une contamination. La troisième section est intitulée oxydation et hydrolyse. La flèche de l'oxydation pointe sur les lésions bloquantes dans une structure chimique qui aboutissent à une PCR sautante et à des séquences chimères. La flèche de l'hydrolyse pointe sur les lésions mal codantes où un atome d'une base est remplacé par un autre atome, ce qui crée des erreurs de séquence et d'incorporation de base.

Figure 1 : Différentes caractéristiques de l'ADN fossile : (a) ruptures de brins simples, (b) réticulation, et (c) modification oxydative et hydrolytique des bases. (Willerslev, E. and Cooper, A., 2005, Proc.R.Soc.B, 272,3–16)

Les caractéristiques de l'ADN fossile

Les échantillons d'ADN fossile partagent certaines caractéristiques qui découlent des dommages qu'ils ont subis. En identifiant ces caractéristiques, nous pouvons distinguer une séquence d'ADN fossile d'une séquence d'ADN moderne et contaminante (par exemple, l'échantillon d'ADN d'une personne qui n'a pas manipulé l'échantillon correctement avant l'analyse en laboratoire). Vous trouverez ci-dessous quelques caractéristiques de l'ADN fossile qui sont normalement prises en compte dans une analyse par séquençage de nouvelle génération.

  • Les dommages hydrolytiques

Les dommages hydrolytiques sont responsables de la détérioration du squelette du sucre. Il peut s'agir de cassures simple brin ou de perte de bases d'ADN. Dans le cas de perte de purines (adénine ou guanine), on parle de dépuration. L'hydrolyse peut entraîner une conversion de la cytosine en uracile, un processus appelé désamination au cours duquel de l'ammoniac est libéré. La désamination peut également se produire dans d'autres bases (cytosine, adénine ou guanine).

  • Le modèle de substitution de bases

On observe des modèles communs de substitution de bases dans les échantillons d'ADN fossile. Les substitutions de bases C > T et G > A sont plus fréquentes dans les échantillons d'ADN fossile que dans les échantillons d'ADN moderne. Cependant, ces substitutions ne sont pas réparties uniformément le long des molécules d'ADN. Les substitutions C > T sont plus fréquentes à l'extrémité 5' de la molécule d'ADN, tandis que les substitutions G > A sont plus fréquentes à l'extrémité 3'.

  • Les dommages oxydatifs

Les dommages oxydatifs sont provoqués par l'interaction directe des rayonnements ionisants avec l'ADN ou par l'interaction des radicaux libres (créés à partir de molécules d'eau par les rayonnements ionisants) avec l'ADN, ce qui entraîne une modification des bases. Certains dommages oxydatifs entraînent des lésions qui bloquent l'enzyme polymérase et favorisent l'apparition de séquences chimériques par "PCR sautante".

  • La réticulation

La réticulation peut se produire entre les bases d'un même brin d'ADN, alors appelée réticulation interbrins, ou entre l'ADN et d'autres molécules, alors appelée réticulation intermoléculaire. Dans la réticulation intermoléculaire, l'ADN peut être réticulé à un autre brin d'ADN ou à une protéine. La réticulation peut empêcher l'amplification des molécules modèles endogènes, mais peut aussi stabiliser la molécule d'ADN dans le temps, réduisant ainsi la fragmentation.

  • La fragmentation

Comme décrit ci-dessus, l'ADN fossile accumule de nombreux types de dommages, notamment les cassures de brins et la dépuration, ce qui entraîne une fragmentation en molécules d'ADN courtes. Les brins d'ADN étant déjà fragmentés, il n'est pas nécessaire d'exposer l'échantillon d'ADN à une fragmentation supplémentaire lors de l'étape de préparation de l'échantillon pour le séquençage de nouvelle génération. Selon des études récentes, la longueur moyenne des fragments d'ADN fossile varie de 50 à 150 pb.

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