SysMics
Présentation
SysMics (Systems Medicine based on Genomics) est un cluster de recherche en génomique, labellisé par l’I-SITE NExT, qui repose sur les plateformes génomique GenoA et bioinformatique BiRD.
SysMics vise à fédérer la communauté scientifique nantaise autour d’un objectif commun : anticiper l’émergence de la médecine systémique par le développement d’approches de criblage génomique à grande échelle. La médecine systémique est amenée à devenir un nouveau standard de santé publique. Cette médecine est orientée vers la mise en place de stratégies de prévention adaptées aux profils individuels, afin de limiter les évènements négatifs chez les patients atteints de pathologies chroniques.
Les missions du cluster SysMics sont de :
- consolider le réseau d’acteurs dans les domaines de la génomique et de la bioinformatique.
- faciliter les investigations cliniques basées sur le séquençage de génomes de populations de patients, le profilage génomique sur cellules uniques et l’analyse métagénomique appliquée aux microbiotes.
- combiner les approches de génomique dans le contexte de projets pilotes en immunologie, cancérologie et physiopathologie des maladies cardiovasculaires, métaboliques, respiratoires et neuro-digestives afin de construire des profils individuels.
SysMics regroupe sur le site hospitalo-universitaire de Nantes les équipes menant une recherche translationnelle performante. Ainsi, le cluster facilite la mise en place de cette nouvelle approche holistique de la médecine qu’est la médecine systémique.
Partenaires du cluster
- L'institut du thorax
- Center for Research in Transplantation and Translational Immunology (CR2TI)
- Centre de Recherche en Cancérologie et Immunologie Intégrée Nantes Angers (CRCI2NA)
- Institut des maladies de l’appareil digestif (IMAD): PhAN, TENS et le CIC IMAD
- Translational Research in Gene Therapy (TaRGeT)
- Laboratoire des Sciences du Numérique de Nantes (LS2N)
- CHU de Nantes
- Biofortis
- Regenerative Medicine and Skeleton (RMeS)
- Immunologie et Nouveaux Concepts en Immunothérapie (INCIT)
Actualités
Résultats des AAP pour le soutien des projets de R&D
- Jean-Baptiste Dupont (Target) – WP2 : Caractérisation de l'expression génique d'organoïdes de muscle par technologie single-cell Parse
- Victor Gourain (CR2TI) – WP3 : Adapter la technique du 3'SRP afin de capturer les ARNs procaryotes d'échantillons de lavage broncho-alveolaire. Exploration des interactions entre les cellules immunitaires, le microbiome et le pathogène à l'origine de l'infection
Résultats des bourses M2
- Catherine Michel (PhAN) et Samuel Chaffron (LS2N) : Développements d'outils bioinformatiques permettant un profilage ciblé de la production de neuromédiateurs dans les données métagénomiques issues de selles de nourrissons et publiquement disponibles.
- Sophie Limou (CR2TI), Gilles Blancho (CHU), Géraldine Jean (LS2N) et Mathieu (Ribatet (LMJL) : Intégration de données multi-omiques en transplantation rénale et application des méthodes d'apprentissage automatique afin de créer un score diagnostique et un score prédictif composites à partir de facteurs cliniques et de marqueurs sanguins non-invasifs.
- Jérôme Jullien (CR2TI) et Marion Estelle (INCIT) : Intégration de données ChIP-seq et bulk RNA-seq permettant de discriminer les différentes phases du processus de tolérance et d'entraînement lors de la reprogrammation épigénétique des macrophages pendant l'exposition au ligand de Mycobacterium (Ulcère de Buruli).
- Maxime Mahé (TENS) et Laurent David (CR2TI) : Mise en place d’un outil de déconvolution cellulaire des données de bulk RNA-Seq (3'SRP) provenant d'embryons et d'intestins humains afin de prédire l'hétérogénéité cellulaire sur les échantillons issue de séquençage "bulk".
Projets / Actions
SysMics apporte son soutien aux équipes partenaires en :
- participant à l’organisation d’évènements scientifiques (colloques, séminaires…).
- soutenant les étudiants et les projets de recherche à travers l’attribution des bourses de Master SysMics GRANT.
- jouant un travail d’accélérateur de développement de nouvelles approches en génomique par le recueil des besoins, l’identification des verrous à lever (questionnaires, interviews…) et le soutien à la RetD à travers l’appel à projets SysMics AAP.
Le cluster participe également à des grands projets structurants via les plateformes technologiques :
- Le plateforme bio-informatique BiRD participe au projet MuDiS4LS porté par l’IFB qui a pour ambition de créer des espaces numériques mutualisés pour les sciences du vivant.
- BiRD participe également à la direction du mésocentre de calcul régional GLiCID (Groupe Ligérien en Calcul Intensif Distribué).
Enfin, SysMics fédère les efforts de développement des différents partenaires et promeut leur partage via :
- des outils collaboratifs comme GitLab. L’objectif à terme est de standardiser les analyses grâce à des pipelines robustes, documentés, référencés et publiés.
- des rencontres mensuelles en bio-informatique dans son espace collaboratif (Salle 634, IRS UN).
Le cluster SysMics en 1 minute:
Génotypage par Séquençage
Sysmics a contribué, avec l’équipe I de l’institut du thorax, au développement d’une nouvelle méthode de séquençage, le Low-Pass Whole Genome Sequencing (LP-WGS), permettant d’interroger à moindre coût les polymorphismes génétiques sur génome entier (genetic profiling). Le séquençage à faible couverture est utilisé dans le contexte d’un programme de recherche sur la génétique des anévrismes intracrâniens et sera prochainement appliqué à de nouveaux projets de génétique biomédicale sur le site nantais.
L’intérêt est également placé sur le séquençage WGS en cancérologie, en particulier par l’équipe ICAGEN du CRCI²NA dans le cadre de l’étude des altérations oncogéniques et de l'évolution clonale du myélome multiple. Cette même équipe teste des nouvelles technologies permettant un séquençage plus profond à moindre coût. Elle développe également une approche multi-omique intégrant des données de single-cell RNA-Seq et ATAC-Seq afin de reconstruire l’évolution moléculaire de la tumeur et comprendre l'émergence de clones résistants.
Profilage Epigénétique
SysMics a soutenu des projets pilotes dont ceux dirigés par Julien Barc de l’institut du thorax sur l’annotation fonctionnelle des régions non codantes chez les patients atteints du syndrome de Brugada, une maladie génétique responsable de troubles du rythme cardiaque.
Dans ce cadre, les techniques ATAC-Seq et Cut&Run ont été ainsi développées et validées en collaboration avec la plateforme de génomique GenoA et les pipelines bio-informatiques mis à disposition de la communauté avec l’aide de la plateforme de bio-informatique BiRD.
Séquençage en Cellule Unique
Un besoin croissant a été exprimé dans la communauté scientifique nantaise quant aux analyses par séquençage en cellule unique ou Single Cell Sequencing (SCS). Afin de répondre à cette demande, GenoA et le CRCI2NA ont acquis conjointement un équipement Chromium (10x Genomics), accessible actuellement via les plateformes Cytocell ou GenoA.
Les grandes unités de recherche nantaises ont ainsi pu profiter de l’impulsion de SysMics :
L’équipe de Jéremie Poschmann du CR2TI a pu mettre en place des projets pilotes de séquençage en cellule unique grâce à l’achat du Chromium. Depuis, le CR2TI s’est équipé de son propre équipement et bénéficie de la mise à disposition du séquenceur NovaSeq sur la plateforme GenoA afin de mener à bien, en toute autonomie, ses projets de recherche sur les altérations des cellules immunitaires après stress inflammatoire aigu.
L’équipe de Stéphane Minvielle et Eric Letouzé du CRCI2NA bénéficie aussi de la mise à disposition du séquenceur NovaSeq afin de conduire des études ancillaires de génomique liées à des essais cliniques multicentriques dans le myélome multiple. Les études incluent la caractérisation des cellules de myélome de patients du CHU de Nantes collectées de façon prospective à différents stades de la maladie et du micro-environnement immunitaire par Single-Cell RNA-Seq et/ou ATAC-Seq. L’expertise acquise a permis d’étendre ces analyses à d’autres équipes du CRCI2NA autour de différentes thématiques en cancérologie.
SysMics a soutenu un projet de séquençage en cellule unique, mutualisé pour plusieurs équipes de l’institut du thorax, se basant sur l’utilisation de cellules souches reprogrammées en cellules cardiaques ou en hépatocytes. Ce projet a permis la caractérisation moléculaire des lignées et l’identification des populations cellulaires obtenues après différenciation hépatique d’iPSC humains dans des modèles 2D versus 3D.
En parallèle, l'équipe de Jean-Baptiste Dupont du laboratoire TaRGeT, met actuellement en place, en collaboration avec la plateforme GenoA, des approches de SCS utilisant l'indexage combinatoire. À terme, celles-ci devraient permettre de proposer des technologies alternatives permettant d'analyser de nombreux échantillons en parallèle et à moindre coût.
Séquençage et Analyse du Microbiome
Les microbiomes sont définis comme les communautés de micro-organismes (bactéries, champignons…) trouvés dans un habitat donné. Les microbiotes, qui correspondent à l’ensemble des organismes vivants formant un microbiome, jouent des rôles essentiels en soutenant des services fonctionnels majeurs dans ces écosystèmes. Chez l’homme, nos microbiotes sont essentiels et influencent notre santé dès la naissance et tout au long de la vie, notamment en nous protégeant des pathogènes et en nous facilitant la digestion par la transformation de nombreux substrats en métabolites dont la plupart ont des effets bénéfiques sur la santé.
Aujourd’hui, le domaine de l’étude des microbiomes est en pleine expansion sur le site nantais. Depuis plusieurs années, des chercheurs du site contribuent à la mise en place d’un véritable écosystème pour le développement d’une recherche de pointe sur les microbiomes à Nantes.
Dans le cadre du cluster SysMics, les circuits de réception et d’extraction des échantillons des microbiotes entre un porteur de projet, le CRB et la plateforme GenoA ont été validés.
Grâce au soutien de SysMics, deux méthodes permettant l’étude des microbiomes par séquençage ont été développées et sont actuellement disponibles sur la plateforme GenoA:
- La méthode de séquençage ciblé des régions V3-V4 du gène de l’ADN ribosomal 16S pour la caractérisation de la diversité et de la composition des profils bactériens dans un échantillon.
- La méthode de séquençage métagénomique « shotgun » (non ciblée) afin d’identifier l’ensemble des micro-organismes présents mais aussi leurs fonctions.
Afin de traiter les données obtenues par séquençage, des outils bio-informatiques dédiés sont essentiels. Plusieurs workflows ont ainsi été développés par l’équipe ComBi du LS2N et mis à disposition par la plateforme BiRD:
- Un workflow d’analyse 16S a été développé en collaboration avec TENS, et validé sur plusieurs projets, en particulier dans le cadre du projet régional Mibiogate. Ce pipeline appelé MicroSysMics est disponible sur le GitLab de BiRD.
- Un workflow pour le traitement et l’analyse métagénomique « par référence » a été développé en collaboration avec l’équipe d’Emmanuel Montassier et Quentin Le Bastard: BioBakery.
- Un workflow pour le traitement et l’analyse métagénomique de novo intégrant notamment la reconstruction automatique de génomes a aussi été mis en place: MAGNETO.
Grâce au soutien de SysMics, l’approche de metabarcoding 16S a été utilisée dans plusieurs projets précliniques ou translationnels, en particulier du laboratoire TENS :
- Des études récentes ont visé à caractériser l’impact de prébiotiques administrés à la mère durant la gestation sur la susceptibilité de la descendance à développer des colites en particulier via la modulation de la composition du microbiote (Lê et al. 2023).
- Une étude chez des patients atteints du syndrome de l’intestin irritable recevant des probiotiques a mis en évidence des modifications compositionnelles du microbiote intestinal prédictives de la réponse (ou non) au traitement (Marchix et al. 2023).
- Parmi les études en cours, une vise à caractériser la composition du microbiote chez les patients atteints de Spina Bifida (Charlène Brochard).
- L’équipe de Guillaume Chapelet cherche à mieux comprendre les variations du microbiote observées chez les personnes âgées vivant en EHPAD.
La technique de séquençage Shotgun a été utilisée en particulier par l’équipe de Laureline Berthelot du CR2TI lors d’un projet pilote soutenu par SysMics portant sur le microbiote salivaire des personnes atteints de sclérose en plaques. Cette étude a confirmé la dysbiose du microbiote au niveau oral chez ces patients avec une modification des voies métaboliques bactériennes et un impact du traitement par corticoïdes sur la flore virale.
Médecine Systémique
Accompagner l’insertion de données multi-omiques dans le parcours de soin pour une médecine systémique requiert de relever plusieurs enjeux complémentaires :
- Formaliser l’intégration de données différentes. Cela implique le développement de nouvelles modélisations informatiques, comme la modélisation du métabolisme d’un patient tel que porté par le projet Humess soutenu par BioGenouest ou l’utilisation des structures en graphes pour représenter les données. Le cluster IBD-NExT a financé le stage d’un étudiant en Master pour la construction d’un graphe de connaissances multi-omique ciblant la découverte de biomarqueurs des Maladies Inflammatoires Chroniques de l’Intestin (MICI)
- Accéder à et utiliser des données de santé. Des actions sont menées dans ce sens avec la clinique des données, le cluster HéMA-NExT et le cluster DELPHI. Concrètement, ces actions ont donné lieu à des stages de Master sur le traitement automatique de la langue pour l’extraction d’information depuis des comptes-rendus cliniques de patients atteints d’hémopathies malignes et à plusieurs projets de thèse en lien avec le projet AiBy4.
Contacts
Porteur du projet : Richard REDON
Coordinatrices : Audrey BIHOUEE et Marine CORNEC
Financement
Piloté par NExT à travers une aide de l’Etat gérée par l’Agence Nationale de la Recherche au titre du plan d’investissement « France 2030 », le projet bénéficie d’un soutien financier de la Région Pays de la Loire et de Nantes Métropole.
Remerciements
« Ce travail a été effectué dans le cadre du cluster NExT SysMics et a bénéficié d’une aide de l’Etat gérée par l’Agence Nationale de la Recherche au titre du plan d’investissement France 2030, d’un soutien financier de la Région Pays de la Loire et de Nantes Métropole ».
Les bénéficiaires doivent également faire mention du soutien par SysMics dans leurs rapports avec les médias et doivent en informer préalablement l’équipe de NExT.
Publications
2023
Freneau et al. Preprint. MedRxiv. 2023. https://doi.org/10.1101/2023.01.31.23285168
Maternal prebiotic supplementation impacts colitis development in offspring mice.
Lê et al. Front Nutr. 2023. https://doi.org/10.3389/fnut.2022.988529
A new 165-SNP low-density lipoprotein cholesterol polygenic risk score based on next generation sequencing outperforms previously published scores in routine diagnostics of familial hypercholesterolemia.
Vanhoye et al. Translational Research. 2023. https://doi.org/10.1016/j.trsl.2022.12.002
KiT-GENIE, the French genetic biobank of kidney transplantation.
Ba et al. Eur J Hum Genet. 2023. https://doi.org/10.1038/s41431-023-01294-z
Dyslipidemia, inflammation, calcification, and adiposity in aortic stenosis: a genome-wide study.
Chen et al. European Heart Journal. https://doi.org/10.1093/eurheartj/ehad142
LDL lowering effect of PCSK9 inhibition is reduced in women.
Myasoedova et al. European Heart Journal - Cardiovascular Pharmacotherapy. https://doi.org/10.1093/ehjcvp/pvad009
2022
Canac et al. Cells 2022. https://doi.org/10.3390/cells11233915
Human gut microbiota-reactive DP8α regulatory T cells, signature and related emerging functions.
Jotereau et al. Front Immunol.2022 https://doi.org/10.3389/fimmu.2022.1026994
Burden of rare variants in arrhythmogenic cardiomyopathy with right dominant form‐associated genes provides new insights for molecular diagnosis and clinical management.
Goudal et al. Hum Mutat. 2022. https://doi.org/10.1002/humu.24436
Intracranial Aneurysm Classifier Using Phenotypic Factors: An International Pooled Analysis.
Morel et al. J Pers Med 2022. https://doi.org/10.3390/jpm12091410
Multimodality imaging and transcriptomics to phenotype mitral valve dystrophy in a unique knock-in Filamin-A rat model.
Delwarde et al. Cardiovasc Res 2022. https://doi.org/10.1093/cvr/cvac136
MAGNETO: An Automated Workflow for Genome-Resolved Metagenomics.
Churcheward et al. mSystems 2022. https://doi.org/10.1128/msystems.00432-22
EDAM, the life-science ontology for data analysis and management.
Lamothe et al. Zenodo 2022. https://doi.org/10.5281/zenodo.6769072
Diversity and ecological footprint of Global Ocean RNA viruses.
Dominguez-Huerta et al. Science. 2022. https://doi.org/10.1126/science.abn6358
Oral exposure to bisphenol A exacerbates allergic inflammation in a mouse model of food allergy.
Misme‐aucouturier et al. Toxicology 2022. https://doi.org/10.1016/j.tox.2022.153188
Genome-wide association analyses identify novel Brugada syndrome risk loci and highlight a new mechanism of sodium channel regulation in disease susceptibility.
Barc et al. Nature Genetics 2022. https://doi.org/10.1038/s41588-021-01007-6
Cryptic and abundant marine viruses at the evolutionary origins of Earth’s RNA virome.
Zayed et al. Science. 2022. https://doi.org/10.1126/science.abm5847
Generation of human induced pluripotent stem cell lines from four unrelated healthy control donors carrying European genetic background.
Girardeau et al. Stem Cell Res. 2021. https://doi.org/10.1016/j.scr.2021.102647
Generation of CD34+CD43+ Hematopoietic Progenitors to Induce Thymocytes from Human Pluripotent Stem Cells.
Flippe et al. Cells 2022. https://doi.org/10.3390/cells11244046
The IL32/BAFF axis supports prosurvival dialogs in the lymphoma ecosystem and is disrupted by NIK inhibition.
Decombis et al. Haematologica 2022. https://doi.org/10.3324/haematol.2021.279800
CLEC-1 is a death sensor that limits antigen cross-presentation by dendritic cells and represents a target for cancer immunotherapy.
Drouin et al. Sci Adv. 2022. https://doi.org/10.1126/sciadv.abo7621
Patients with severe multiple sclerosis exhibit functionally altered CD8+ regulatory T cells.
Benallegue et al. Neurol Neuroimmunol Neuroinflamm. 2022. https://doi.org/10.1212/NXI.0000000000200016
Variants in the GPR146 Gene Are Associated With a Favorable Cardiometabolic Risk Profile.
Rimbert et al. Arterioscler Thromb Vasc Biol. 2022. https://doi.org/10.1161/ATVBAHA.122.317514
Modelling the effects of antimicrobial metaphylaxis and pen size on bovine respiratory disease in high and low risk fattening cattle.
Picault et al. Vet Res. 2022. https://doi.org/10.1186/s13567-022-01094-1
Targeting of MCL-1 in breast cancer-associated fibroblasts reverses their myofibroblastic phenotype and pro-invasive properties.
Bonneaud et al. Cell Death Dis. 2022. https://doi.org/10.1038/s41419-022-05214-9
Quantification of APOBEC3 Mutation Rates Affecting the VP1 Gene of BK Polyomavirus In Vivo.
McIlroy et al. Viruses. 2022. https://doi.org/10.3390/v14092077
Inhibition of the pseudokinase MLKL alters extracellular vesicle release and reduces tumor growth in glioblastoma.
André-Grégoire et al. iScience. 2022. https://doi.org/10.1016/j.isci.2022.105118
Distinct role of mitochondrial function and protein kinase C in intimal and medial calcification in vitro.
Heuschkel et al. Front Cardiovasc Med. 2022. https://doi.org/10.3389/fcvm.2022.959457
The African swine fever modelling challenge: Model comparison and lessons learnt.
Ezanno et al. Epidemics. 2022. https://doi.org/10.1016/j.epidem.2022.100615
Identification of a Gain-of-Function LIPC Variant as a Novel Cause of Familial Combined Hypocholesterolemia. Circulation.
Dijk et al. Circulation 2022. https://doi.org/10.1161/CIRCULATIONAHA.121.057978
Monocyte Signature Associated with Herpes Simplex Virus Reactivation and Neurological Recovery after Brain Injury.
Chaumette et al. Am J Respir Crit Care Med. 2022. https://doi.org/10.1164/rccm.202110-2324OC
Molecular Signature of 18F-FDG PET Biomarkers in Newly Diagnosed Multiple Myeloma Patients: A Genome-Wide Transcriptome Analysis from the CASSIOPET Study.
Alberge et al. J Nucl Med. 2022. https://doi.org/10.2967/jnumed.121.262884
The DCMU Herbicide Shapes T-cell Functions By Modulating Micro-RNA Expression Profiles.
Autin et al. Front Immunol. 2022. https://doi.org/10.3389/fimmu.2022.925241
Moment Estimators of Relatedness From Low-Depth Whole-Genome Sequencing Data.
Herzig et al. BMC Bioinformatics 2022. https://doi.org/10.1186/s12859-022-04795-8
Contribution of genome-scale metabolic modelling to niche theory.
Régimbeau et al. Ecol Lett. 2022. https://doi.org/10.1111/ele.13954
Beneficial Effects of O-GlcNAc Stimulation in a Young Rat Model of Sepsis: Beyond Modulation of Gene Expression.
Dupas et al. Int J Mol Sci. 2022. https://doi.org/10.3390/ijms23126430
A Histone Deacetylase Inhibitor Induces Acetyl-CoA Depletion Leading to Lethal Metabolic Stress in RAS-Pathway Activated.
Basseville et al. Cancers (Basel) 2022. https://doi.org/10.3390/cancers14112643
Human and insect cell-produced rAAVs show differences in genome heterogeneity.
Tam Tran et al. Human Gene Therapy 2022. https://doi.org/10.1089/hum.2022.050
Generation of human induced pluripotent stem cell lines from three patients affected by Catecholaminergic Polymorphic ventricular tachycardia (CPVT) carrying heterozygous mutations in RYR2 gene.
Cimarosti et al. Stem Cell Research 2022. https://doi.org/10.1016/j.scr.2022.102688
Rare germline heterozygous missense variants in BRCA1-associated protein 1, BAP1, cause a syndromic neurodevelopmental disorder.
Küry et al. Am J Hum Genet. 2022. https://doi.org/10.1016/j.ajhg.2021.12.011
Seipin localizes at endoplasmic-reticulum-mitochondria contact sites to control mitochondrial calcium import and metabolism in adipocytes.
Combot et al. Cell Rep. 2022. https://doi.org/10.1016/j.celrep.2021.110213
Latent representation of single-cell transcriptomes enables algebraic operations on cellular phenotypes.
Bhattacharya et al. BioRxiv. https://doi.org/10.1101/2022.12.28.522060
Combined in vivo and in situ genome-resolved metagenomics reveals novel symbiotic nitrogen fixing interactions between non-cyanobacterial diazotrophs and microalgae.
Chandola et al. BioRxiv. https://doi.org/10.1101/2022.08.25.505241
PhaeoEpiView: An epigenome browser of the newly assembled genome of the model diatom Phaeodactylum tricornutum.
Wu et al. BioRxiv. https://doi.org/10.1101/2022.07.29.502047
Pyruvate carboxylation identifies Glioblastoma Stem-like Cells opening new metabolic strategy to prevent tumor recurrence.
Renoult et al. BioRxiv. https://doi.org/10.1101/2022.07.18.500427
Disentangling temporal associations in marine microbial networks.
Deutschmann et al. bioRxiv. https://doi.org/10.1101/2021.07.13.452187
Genetic population structure across Brittany and the downstream Loire basin provides new insights on the demographic history of Western Europe.
Alves et al. BioRxiv. https://doi.org/10.1101/2022.02.03.478491
ARHGEF18 participates in Endothelial Cell Mechano-sensitivity in Response to Flow.
Batta et al. BioRxiv. https://doi.org/10.1101/2022.09.10.507283