Le génome n’est pas seulement un processeur d’informations, il est également un objet physique, ce qui incite les chercheurs à explorer la manière dont sa structure détermine sa fonction.
Il y a environ 150 ans, Walther Flemming a étudié les changements chromosomiques durant la division cellulaire. Or, malgré les progrès ultérieurs des connaissances, les chercheurs n’ont que récemment identifié les éléments clés qui déterminent l’organisation des chromosomes dans le noyau.
«Les chromosomes sont fondamentalement structurés en boucles d’ADN, et des protéines en forme d’anneau, connues sous le nom de complexes de maintenance structurelle des chromosomes (SMC), sont impliquées dans leur création», explique Cees Dekker(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), professeur de physique à l’université technologique de Delft(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) aux Pays-Bas et chercheur principal de LoopingDNA. «Les mécanismes exacts qui régissent la formation et le contrôle de ces boucles demeurent toutefois mystérieux.»
En 2018, le laboratoire de Cees Dekker a découvert qu’un SMC appelé «condensine» agit comme un moteur moléculaire(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) qui boucle l’ADN, donnant aux chromosomes leur structure.
Grâce à des essais sur des molécules uniques, le projet LoopingDNA a permis d’en savoir plus sur les mécanismes en jeu et d’explorer l’impact de la structure des chromosomes sur la biologie.
Une nouvelle classe de moteurs ADN
Soutenue par le Conseil européen de la recherche(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) (CER), l’équipe de LoopingDNA a utilisé l’imagerie de molécules uniques à intervalles réguliers pour suivre le processus de bouclage de l’ADN piloté par la condensine.
«Nous avons placé un fragment d’ADN sur une lame de verre, l’avons visualisé, et nous avons vu la boucle apparaître au fil du temps, à mesure que les SMC se fixaient à l’ADN», explique Cees Dekker. «D’autres expériences nous ont permis d’observer de nombreuses autres caractéristiques, telles que l’asymétrie de la boucle et les changements de direction.»
L’équipe a également découvert un nouveau motif de boucle, appelé z-loops(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), formé lorsque deux condensines SMC expulsant des boucles se rencontrent et se croisent, qui permet de mieux comprendre comment l’ADN est organisé en une structure étroitement compacte.
Les chercheurs ont également constaté que l’extrusion de boucles était étroitement liée au surenroulement de l’ADN, qui augmente la quantité de torsion dans un brin d’ADN.
«Nous avons découvert que les SMC non seulement extrudent l’ADN, mais elles ajoutent également une torsion à chaque extrusion, ce qui implique que le surenroulement de l’ADN est régulé par le génome», ajoute Cees Dekker….
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