Caractérisation transcriptomique du tissu biologique par la technologie de Transcriptomique Spatiale (ST): principe et méthode

2021, Revue française d'histotechnologie, vol: 33, n°:1, p 43-62

Favier Maryline

DOI : 

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Université Paris Cité, CNRS, INSERM, Institut Cochin, F-75014 Paris, France Plateforme HistIM - Histologie, Immunomarquage, Microdissection laser

Résumé :

Pour visualiser précisément où un gène est exprimé dans un tissu, les techniques histologiques solides telles que l’hybridation in situ et ses dérivés pour identifier l’ARN du ou des gènes recherchés, ainsi que l’immunohistochimie pour localiser les protéines produites par le ou les gènes recherchés (dans le cas d’un gène codant) sont des méthodes robustes bien connues. Néanmoins, le nombre de gènes qu’il est possible d’étudier en même temps est limité et nécessite de faire un choix dans les gènes à étudier. Les études de transcriptomiques classiques permettent, en revanche, de faire une analyse à plus large échelle du niveau d’expression des gènes dans un tissu. Cependant, avec les techniques disponibles (technologie microarray (ou puce à ADNc), démocratisée avec le RNA-seq ou la transcriptomique en cellule unique (single-cell RNA-seq)), le tissu ou les cellules sont détruits et donc ne permettent pas de reconstituer la localisation précise de l’expression de ces gènes.
Pour permettre, en une seule expérience, de mesurer l’expression des gènes et de localiser cette expression dans un organe, il faudrait une technique hybride, qui associe histologie, microarray, et techniques de capture d’ARN utilisées en singlecell RNA-seq. Cette technique est désormais disponible, appelée transcriptomique spatiale (Spatial Transcriptomic ou ST). Cette technologie a d’abord été mise au point par une équipe suédoise en 2016, qui a créé sa start-up, qui depuis a été rachetée par 10x Genomics.
Dans cet article, nous rappelons brièvement le principe des méthodes de caractérisations moléculaires en histologie, pour ensuite nous concentrer sur le principe de la technique de Transcriptomique Spatiale (ST). Nous détaillons la technologie Visium de 10x Genomics et expliquons comment, à partir de coupes de tissus, cette technique permet d’étudier, en corrélation avec la morphologie du tissu, l’ensemble des gènes, en particulier les gènes les plus fortement
présents et exprimés, via la capture des ARN messagers (ARNm) contenus dans le tissu. Cette technique innovante n’est pas encore très utilisée, car elle reste très coûteuse et a ses limites. Cependant elle répond aux besoins actuels d’accéder à une connaissance spatialement définie de l’expression de gènes, aussi est-elle amenée à se développer encore, comme l’indiquent les dernières évolutions les plus récentes.

Mots-clés :

ARNm, caractérisation tissulaire, expression génique, génomique, histologie, nouvelle technologie, principe, transcriptomique spatiale

English title :

In situ transcriptomic characterization on tissue sections using spatial transcriptomics (st) technology: principle and method

Abstract :

To visualize where a given gene is expressed in tissue in an accurate manner, histological techniques such as in situ hybridization that enables to detect the RNA of the gene of interest, as well as immunohistochemistry to locate the proteins coded by the gene of interest are well-known robust methods. Nevertheless, the number of genes that can be studied at the same time is limited and a choice of genes of interest is necessary. Transcriptomic methods, on the other hand, make
it possible to perform a larger-scale analysis of the level of gene expression in a tissue. However, in the available techniques (microarray technology (or cDNA chip) democratized with RNA-seq or single-cell transcriptomics (single-cell RNA-seq)), the tissue or cells are destroyed and therefore do not allow to reconstitute the precise localization of the expression of these genes.
To allow in a single experiment to measure gene expression and locate this expression in a tissue section, a hybrid technique would be needed, which combines histology, microarray, and RNA capture techniques used in single-cell RNA-seq. This technique is now available, called spatial transcriptomics (ST). This technology was developed first by a Swedish team in 2016, which created a start-up which was bought by 10x Genomics.
In this article, we briefly recall the principle of molecular characterization methods applied in histology, and then make a focus on the principle of the Spatial Transcriptomic technology which is today proposed by different companies. We detail the technology Visium developed by 10x Genomics and explain how, from tissue sections, this technique makes it possible to study, in correlation with the morphology of the tissue, the expression of all the genes, via the capture
of messenger RNAs (mRNAs) contained in the tissue. This innovative technique is not yet widely used, because it remains very expensive and has its own limits. However, it meets the current needs to access a spatially defined knowledge of gene expression, so it is likely to develop further, as indicated by the latest and most recent developments.

Keywords : 

Genic expression, genomics, histology, mRNA, new technology, principle, spatial transcriptomics, tissue characterization

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Disponibilité du pdf: embargo d'un an à partir de la date de parution (juin de l’année d’édition)

Comment citer cet article (How to cite this article) :

Favier Maryline 2021, Caractérisation transcriptomique du tissu biologique par la technologie de Transcriptomique Spatiale (ST): principe et méthode, Revue française d'histotechnologie, vol: 33, n° 1, p: 43-62

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