Coopération des gènes conducteurs de fantômes
Une étude révolutionnaire apporte une contribution décisive à la compréhension de la régulation des gènes
Notre génome contient des dizaines de milliers de gènes. Tel un gigantesque orchestre, leur interaction est à la base de tous les processus vitaux de notre corps. Des erreurs dans leur interaction peuvent entraîner des maladies graves et sont l'une des raisons de notre vieillissement. C'est pourquoi les chercheurs en biologie et en médecine s'efforcent de comprendre comment l'orchestre des gènes est organisé et comment les gènes sont activés ou désactivés.
Une étude révolutionnaire publiée dans Nature Genetics, dirigée par Martin Fischer, chef de laboratoire, et Steve Hoffmann, chef de groupe de recherche à l'Institut Leibniz sur le vieillissement-Institut Fritz Lipmann (FLI), apporte désormais une contribution décisive à la compréhension de la manière dont les gènes sont régulés. En collaboration avec des chercheurs de l'université technique de Darmstadt et de l'université d'État de New York à Albany, les scientifiques d'Iéna montrent comment les promoteurs dits convergents agissent comme de puissants régulateurs dans notre génome.
Qu'est-ce que la transcription convergente et pourquoi est-elle importante ?
La première étape de l'activation d'un gène est la transcription dirigée de l'information génétique du début à la fin du gène. Ce processus produit une molécule d'ARN qui, dans certaines conditions, peut ensuite être traduite en protéines. La transcription d'un gène est contrôlée par une région dite promotrice, située directement avant le début du gène. Des études plus approfondies menées ces dernières années ont montré que la transcription active d'un gène s'accompagne souvent d'une transcription dans la direction opposée. Deux régions promotrices se "font face" et initient toutes deux la transcription. Cette transcription dite convergente ressemble à une chevauchée génomique et a longtemps été considérée comme un obstacle à l'expression des gènes. Les dernières découvertes remettent aujourd'hui en question cette hypothèse.
Un nombre étonnamment élevé de gènes sont affectés par ces parcours fantômes. "Ce phénomène peut être observé dans environ 25 % de tous les sites de démarrage de la transcription active", explique la bioinformaticienne Elina Wiechens, doctorante au FLI et au groupe de formation à la recherche ProMoAge et premier auteur de l'étude. L'un des plus grands défis du projet a été de prouver la proximité spatiale de la transcription convergente. "Nous avons dû prouver que les molécules sont formées dans des directions opposées dans un espace très restreint", ajoute Steve Hoffmann. Flavia Vigliotti et Alexander Loewer de l'Université technique de Darmstadt ont joué un rôle décisif dans cette expérience. Les chercheurs de Hesse ont utilisé des techniques d'imagerie à haute résolution et ont confirmé que la transcription convergente peut effectivement se produire sur le même segment d'ADN.
Dans la suite de l'étude, l'équipe de recherche internationale a démontré que les protéines qui initient le processus de transcription au niveau de l'un des deux promoteurs amplifient simultanément la transcription du côté opposé. Deux de ces protéines, également connues sous le nom de facteurs de transcription, étaient particulièrement intéressantes : p53 et RFX7. Ces deux facteurs sont essentiels dans le développement du cancer et régulent de nombreux autres gènes en interagissant avec les promoteurs. Une compréhension précise de leur mode d'action est donc d'une importance capitale pour la recherche sur le cancer. Inversement, il a également été démontré que des facteurs tels que E2F4, qui suppriment la transcription, influencent négativement le partenaire opposé en se liant à un promoteur.
"L'importance de cette découverte est immense. Lorsque deux promoteurs travaillent ensemble au lieu d'agir isolément, les possibilités de régulation des gènes se multiplient", explique Morgan Sammons de l'université d'État de New York à Albany. Les promoteurs convergents créent une "conversation" dynamique entre des régions régulatrices opposées, ce qui permet un contrôle plus fin de l'expression des gènes.
Remettre en question la conception dominante de l'interférence transcriptionnelle
Pendant des années, les chercheurs du monde entier ont supposé que la transcription convergente entraînait ce que l'on appelle une "interférence transcriptionnelle". Ce phénomène se produit lorsque les complexes enzymatiques nécessaires à la transcription se rapprochent l'un de l'autre. "C'est comme si deux gros camions étaient sur le point d'entrer en collision sur une route étroite", explique Martin Fischer. "Au moins l'un des deux complexes enzymatiques doit interrompre la transcription. La nouvelle étude de Iéna, Darmstadt et Albany remet en question cette idée.
Au début du projet de recherche, l'équipe a observé une corrélation positive entre les transcriptions de promoteurs convergents. Ces résultats indiquaient que les paires de promoteurs coopéraient et ne travaillaient pas l'une contre l'autre, comme on le supposait auparavant. Martin Fischer explique : "Cette recherche élargit notre compréhension de la régulation des gènes en montrant comment les promoteurs convergents contrôlent l'expression coordonnée des gènes. Au lieu d'interférer l'une avec l'autre, ces paires de promoteurs jouent un rôle crucial dans la régulation adaptative de l'activité des gènes."
Importance pour l'évolution : L'avantage de sélection des promoteurs convergents
Les segments d'ADN des promoteurs convergents ont été exceptionnellement bien préservés au cours de l'évolution et présentent toujours une grande similitude entre les différentes espèces de vertébrés. Ce résultat suggère que la transcription convergente pourrait avoir eu un avantage évolutif. Les promoteurs convergents permettent de réguler plusieurs transcrits d'ARN à partir d'un seul site. Cette structure augmente la flexibilité du contrôle de l'expression des gènes et peut avoir contribué à une meilleure adaptation à des conditions changeantes.
"Les promoteurs convergents peuvent même conduire à des produits génétiques différents. Ces variantes de gènes diffèrent par leur longueur et souvent par leur fonction", souligne Elina Wiechens.
Un nouveau paradigme de régulation des gènes
La découverte de promoteurs convergents coopératifs ouvre de nouvelles perspectives sur l'architecture réglementaire de notre génome et a un impact sur les méthodes que nous utilisons pour étudier la régulation de notre génome. Steve Hoffmann explique : "Notre travail suggère que de nombreux gènes ont un second promoteur, inconnu jusqu'alors. L'élargissement de la définition du promoteur et l'analyse du "ghost driver", jusqu'ici négligé, peuvent nous aider à améliorer notre compréhension de la régulation des gènes". Martin Fischer ajoute que cela est particulièrement important pour les interactions réglementaires associées au développement du cancer et d'autres maladies.
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.
Publication originale
Elina Wiechens, Flavia Vigliotti, Kanstantsin Siniuk, Robert Schwarz, Katjana Schwab, Konstantin Riege, Alena van Bömmel, Ivonne Görlich, Martin Bens, Arne Sahm, Marco Groth, Morgan A. Sammons, Alexander Loewer, Steve Hoffmann, Martin Fischer; "Gene regulation by convergent promoters"; Nature Genetics, 2025-1-6
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