Façonner le génome pour la division cellulaire
Des chercheurs ont découvert le fonctionnement interne de la machinerie moléculaire qui façonne les chromosomes pendant la division cellulaire.
Nos cellules réalisent une merveille d'ingénierie lorsqu'il s'agit de faire tenir des informations dans de petits espaces. Chaque fois qu'une cellule se divise, elle regroupe 4 mètres d'ADN en 46 petits paquets, dont chacun ne mesure que quelques millionièmes de mètre.
Représentation artistique de la façon dont le complexe condensine (jaune) crée des boucles d'ADN (bleu) pour former des chromosomes en forme de X pendant la division cellulaire.
Tobias Wuestefeld, illustratoren.de
Des chercheurs de l'EMBL Heidelberg et de la Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU) ont découvert comment une famille de protéines motrices de l'ADN réussit à empaqueter des brins d'ADN peu structurés en chromosomes individuels compacts pendant la division cellulaire.
La condensine forme des boucles d'ADN
Les chercheurs ont étudié la condensine, un complexe protéique essentiel au processus de formation des chromosomes. Bien que ce complexe ait été découvert il y a plus de trois décennies, son mode d'action restait largement inexploré. En 2018, les chercheurs du groupe Häring de l'EMBL Heidelberg et leurs collaborateurs ont montré que les molécules de condensine créent des boucles d'ADN, ce qui pourrait expliquer comment les chromosomes se forment. Cependant, les rouages internes par lesquels le complexe protéique réalise cet exploit restaient inconnus.
"Nous travaillons sur ce problème depuis longtemps. Mais ce n'est qu'aujourd'hui, en combinant différentes approches expérimentales, que nous avons trouvé une réponse à cette question de longue date", a déclaré Christian Häring, ancien chef de groupe à l'EMBL Heidelberg et désormais professeur au Biocentre JMU.
Observer les molécules uniques au travail
Grâce à des expériences méticuleusement conçues, dont certaines consistaient à observer et à manipuler des molécules de condensine uniques alors qu'elles étaient en train de former des boucles d'ADN, les chercheurs ont découvert comment les différentes parties du complexe agissent collectivement comme une machine moléculaire : une partie maintient l'ADN stable, comme une ancre, tandis que l'autre agit comme un moteur qui fait avancer l'ADN, créant ainsi une large boucle.
Comme d'autres protéines motrices, la condensine fait des "pas" le long de l'ADN, brûlant ainsi de l'énergie cellulaire sous forme d'ATP. Toutefois, ces pas sont plus de 500 fois plus longs que ceux effectués par les autres protéines motrices de l'ADN, même si la quantité d'énergie utilisée est à peu près la même. "C'est comme une voiture de course de formule 1 avec l'efficacité énergétique d'un vélo électrique", a déclaré Indra Shaltiel, chercheuse à la JMU et premier auteur de l'étude.
Des similitudes avec d'autres processus génomiques
"Les progrès des techniques de microscopie cryo-électronique nous ont permis de visualiser ce mécanisme complexe avec des détails sans précédent", a déclaré Sebastian Eustermann, chef de groupe à l'EMBL Heidelberg et auteur principal de l'étude publiée dans Science.
"Nous avons pu capturer la condensine en action et en déduire une chorégraphie moléculaire de la façon dont l'ATP alimente son activité motrice - une étape clé pour comprendre la formation des boucles d'ADN. Des boucles similaires et des machines moléculaires apparentées ont été impliquées dans divers processus génomiques, y compris le contrôle de la façon dont les gènes sont activés et désactivés entre les divisions cellulaires. Par conséquent, nos résultats pourraient avoir des implications encore plus larges".
Un nouveau domaine de recherche émerge
Les condensines appartiennent à l'une des familles de protéines chromosomiques les plus anciennes sur le plan de l'évolution. La découverte de ce nouveau mécanisme ouvre donc un tout nouveau champ d'étude.
"Les membres de la classe de protéines motrices à laquelle appartient la condensine sont vraisemblablement essentiels à toute vie sur terre", a déclaré Häring. "Il est évident que nous ne faisons que commencer à comprendre leurs rôles et comment ils pourraient être affectés dans des conditions humaines".
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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