La contribution française au séquençage du génome humain a trouvé sa conclusion le 1^er janvier 2003, avec la publication en ligne par la revue Nature de la séquence complète du chromosome 14 humain. L'enchaînement exact des 87 410 661 nucléotides qui composent le bras long de ce chromosome a été déterminé pour l'essentiel au Genoscope - Centre National de Séquençage - au terme de cinq années d'efforts. Le chromosome 14 est le plus grand chromosome humain dont la séquence finie ait fait l'objet d'une publication, et le premier publié sans "trou" résiduel, ce qui en fait la plus longue molécule d'ADN séquencée d'un seul tenant.

Le 26 juin 2000 était annoncé à la Maison Blanche l'achèvement d'une première ébauche du génome humain. Pour le consortium international responsable du "Projet Génome Humain", ce n'était qu'une étape. A la différence de l'ébauche génomique produite par son concurrent privé, la société Celera Genomics, l'ébauche du consortium devait en effet faire l'objet d'un travail de finition. Concrètement, cela signifie ordonner et orienter les morceaux de séquence constituant l'ébauche, et boucher les " trous " entre eux. Lors de l'annonce, l'ébauche couvrait déjà 90% du génome humain, mais le travail de finition n'a rien d'une formalité. Il s'agit même de la partie la plus fastidieuse du séquençage. Ce travail est pour autant essentiel, car seule une séquence de haute qualité (avec une précision de 99,99%, soit une erreur tous les 10 000 nucléotides) permet d'identifier sans ambiguïté les gènes humains et de comprendre leur rôle dans le déclenchement des maladies.

La première séquence "sans trous" d'un chromosome humain

Depuis l'annonce de juin 2000, les différents centres partenaires du consortium s'appliquent chacun à la finition du chromosome ou de la région chromosomique dont ils ont la charge. Le Genoscope, seul acteur français du consortium, travaille depuis 1998 sur le chromosome 14 (le génome humain comprend 24 types de chromosomes, numérotés plus ou moins par ordre de taille). Assez logiquement, les premiers chromosomes "finis" ont été les plus petits: les séquences à peu près complètes des chromosomes 21 et 22 ont été publiées avant même l'annonce de l'ébauche, et celle du chromosome 20 l'a été en 2001. Le chromosome 14 est donc le quatrième chromosome humain publié. Avec ses 87 millions de nucléotides, il est nettement plus gros que les trois précédents. Surtout, il est le premier publié sans trous résiduels, sous la forme d'une séquence d'un seul tenant. Seuls manquent le bras court du chromosome, le centromère et les télomères, des régions chromosomiques riches en séquences répétées, très difficiles à séquencer et pratiquement dépourvues de gènes.

Le Genoscope devance nettement l'échéance, puisque la séquence du chromosome 14 est disponible dans les bases de données publiques depuis l'été 2002, alors que l'annonce de la finition de la quasi totalité du génome humain devrait avoir lieu en avril 2003. Cela tient en partie à la stratégie de séquençage adoptée par le Genoscope. Dans notre centre comme dans le reste du consortium, la séquence est reconstituée à partir de " lectures " issues, non de l'ensemble du génome, comme l'a tenté Celera, mais de grands morceaux d'ADN génomique. La différence entre le Genoscope et les autres centres du consortium réside dans l'étape de cartographie : ces centres ont d'abord ordonné les grands morceaux en une carte physique du génome avant de les séquencer individuellement (" map first, sequence later "), tandis que le Genoscope sélectionnait de grands morceaux chevauchants et construisait la carte du chromosome 14 au fur et à mesure du séquençage (" map as you go"). Cette stratégie permet de choisir des fragments au chevauchement minimal et de réduire ainsi la redondance, ce qui se traduit par des économies de temps et de coût.

Le séquençage ne représente qu'une part du travail du Genoscope. Les chercheurs du centre ont également entrepris de délimiter les gènes le long de la séquence du chromosome 14. Cette opération, nommée annotation, est très délicate, car les gènes humains, comme ceux de la plupart des animaux, sont fragmentés. Les séquences qui correspondent aux instructions, nommées exons, représentent moins de 3% du génome, et sont séparées, au sein d'un même gène, par des séquences sans signification, les introns.

Une moisson de nouveaux gènes

Pour l'annotation du chromosome 14, les chercheurs du Genoscope ont mis au point une procédure propre, et ont tiré parti de leur expertise en génomique comparative. L'homme possède en effet une majorité de gènes en commun avec les autres vertébrés, et la comparaison avec d'autres génomes de vertébrés peut révéler la structure de ces gènes, car les séquences des exons sont mieux conservées au cours de l'évolution que celles des introns et du reste du génome. C'est ce phénomène qu'exploite Exofish, un outil informatique développé au Genoscope pour repérer les exons. Les séquences des génomes de la souris, mais aussi du poisson Tetraodon nigroviridis, séquencé au Genoscope, ont ainsi servi à annoter le chromosome 14.

Aux 506 gènes déjà connus sur le chromosome 14, le Genoscope a ajouté 344 autres gènes, validés ou "putatifs". En outre, deux régions d'une importance cruciale pour le système immunitaire ont été caractérisées. Dans cet ensemble figurent plus de 60 gènes impliqués dans des maladies génétiques, dont l'un est notamment impliqué dans une forme familiale à déclenchement précoce de la maladie d'Alzheimer. La plupart ont été localisés dans les années précédentes par différentes équipes de généticiens, au prix d'années d'un travail fastidieux. Or la séquence complète facilite énormément ce travail d'identification, ce qui a toujours constitué une motivation majeure du "Projet Génome Humain". Six gènes de maladies génétiques, dont une forme de paraplégie spastique familiale, ont ainsi été identifiés par diverses équipes grâce à l'ébauche ou à la séquence finie du chromosome 14, et des dizaines d'autres devraient suivre.

R. Heilig et al., Nature 421 (6 février 2003), 601-607.

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• Consulter l'Annotation du Chromosome 14 Humain

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