C'est dans nos gènes - et comment notre génome se plie en 3D
De nouvelles découvertes pourraient contribuer à la prévention et au traitement des maladies
Nos gènes déterminent si nous restons en bonne santé ou si nous tombons gravement malades. Mais le pliage de notre génome a également une influence significative, car l'organisation 3D du génome régule les gènes qui sont activés et désactivés. Des chercheurs dirigés par Marieke Oudelaar et Elisa Oberbeckmann à l'Institut Max Planck (MPI) pour les sciences multidisciplinaires ont maintenant réussi à recréer le pliage en 3D du génome de la levure en laboratoire et à déchiffrer les mécanismes sous-jacents.
Notre corps est constitué de centaines de types de cellules différentes, spécialisées dans diverses tâches : Elles combattent les agents pathogènes, transportent l'oxygène, produisent de l'insuline ou nous font penser. Tous les types de cellules contiennent le même schéma directeur, qui est encodé dans les gènes de notre ADN. Cependant, seuls les gènes dont la cellule concernée a besoin pour accomplir sa tâche sont activés.
L'ADN d'une cellule de notre corps, notre génome, ferait environ deux mètres de long s'il était étiré. Cependant, l'ADN tient dans un minuscule noyau cellulaire d'un diamètre d'environ un millième de millimètre. Il est donc emballé de manière compacte. Certaines protéines, les histones, enroulent l'ADN en sections comme sur un tambour de câble. Ce complexe histone-ADN est appelé nucléosome. Les nucléosomes sont séparés les uns des autres par des sections d'ADN dépourvues de nucléosomes, un peu comme les nœuds d'un fil. Le génome emballé dans les nucléosomes est appelé chromatine.
Des gènes accessibles et activables
"La structure 3D du génome influence l'activité des gènes. En se repliant, les sections d'ADN régulatrices entrent en contact avec les bons gènes au bon moment et les activent ou les désactivent", explique Marieke Oudelaar, qui dirige un groupe de recherche Lise Meitner à l'institut. Si l'activation d'un gène est perturbée, cela peut entraîner diverses maladies chez l'homme, comme le cancer.
L'étude de la structure 3D de l'ADN reste un défi pour les scientifiques : "Dans les cellules vivantes, il est difficile de découvrir quelles protéines et quels processus sont impliqués dans le pliage 3D du génome. Les réseaux biochimiques sous-jacents sont difficiles à démêler et les protéines impliquées ont souvent plusieurs fonctions qu'il est difficile de séparer", explique Elisa Oberbeckmann, chef du groupe de projet au MPI et premier auteur de l'étude publiée dans la revue Nature Genetics.
La chromatine recréée en laboratoire
Les chercheurs et leur équipe ont maintenant réalisé une avancée méthodologique importante : Ils ont réussi à reproduire la chromatine de la levure en laboratoire et à mesurer sa structure en 3D. "Cela présente le grand avantage de pouvoir étudier le processus de repliement et les protéines impliquées de manière isolée", explique Oberbeckmann. À l'aide d'expériences biochimiques et génétiques ainsi que de simulations informatiques, les chercheurs ont pu déchiffrer la façon dont la chromatine se replie en structures 3D spécifiques appelées domaines chromatiniens.
Lorsque les chercheurs ont ajouté des régulateurs qui remodèlent la chromatine dans l'expérience de laboratoire, la chromatine générée artificiellement a formé des structures 3D très similaires à la chromatine de la levure. "À notre grande surprise, elle s'est repliée indépendamment dès que les régulateurs cellulaires ont apporté une certaine régularité à la chromatine. L'arrangement régulier des nucléosomes par le remodelage de la chromatine semble jouer un rôle beaucoup plus central dans le pliage 3D du génome que ce que l'on pensait jusqu'à présent", explique Oudelaar.
L'équipe a pu montrer que de longues sections de la chromatine dépourvues de nucléosomes forment les limites entre les différents domaines. "La longueur de ces sections influence directement la possibilité pour les domaines voisins d'interagir entre eux. Les longues régions sans nucléosomes sont très rigides et empêchent donc les interactions entre les nucléosomes de deux domaines adjacents", explique Kimberly Quililan, une étudiante qui a joué un rôle clé dans les expériences et les analyses de laboratoire.
Pas seulement pour la levure
Les connaissances acquises par les chercheurs sont également pertinentes au-delà du système modèle de la levure : Des mécanismes similaires pourraient jouer un rôle dans l'organisation 3D du génome humain. À l'avenir, les résultats de l'équipe de Göttingen pourraient aider à mieux identifier les causes possibles des maladies basées sur une perturbation de la régulation des gènes. "Si nous comprenons comment les gènes deviennent accessibles dans le génome 3D et sont activés, cela pourrait également constituer un point de départ utile pour la prévention et le traitement de ces maladies", déclare Oudelaar.
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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