Une nouvelle technique pour démêler la régulation des gènes

Comment l’activité des gènes est-elle régulée par l’empaquetage de l’ADN ? Pour répondre à cette question, une technique permettant de mesurer à la fois l’expression des gènes et l’empaquetage de l’ADN a été développée par Franka Rang et Kim de Luca, chercheurs du groupe de Jop Kind (chef de groupe à l’Institut Hubrecht et Oncode Investigator). Cette méthode, EpiDamID, détermine l’emplacement des protéines modifiées autour desquelles l’ADN est enroulé. Il est important de recueillir des informations sur ces modifications car elles influencent l’accessibilité de l’ADN, affectant ainsi l’activité des gènes. EpiDamID est donc précieux pour la recherche sur le développement précoce des organismes. Les résultats de l’étude sont publiés dans Cellule moléculaire.

Afin d’insérer l’ADN dans le noyau d’une cellule, il est étroitement emballé autour de protéines nucléaires appelées histones. Selon l’étanchéité de cet enroulement, l’ADN peut être (in)accessible à d’autres protéines. Cela détermine donc si le processus d’expression des gènes, la traduction de l’ADN en ARN et éventuellement en protéines, peut avoir lieu.

L’emballage de l’ADN détermine l’activité des gènes

L’étanchéité de l’ADN s’enroulant autour des histones est régulée par l’ajout de groupes moléculaires, appelés modifications post-traductionnelles (PTM), aux histones. Par exemple, si certaines molécules sont ajoutées aux histones, l’enroulement de l’ADN est desserré. Cela rend l’ADN plus accessible pour certaines protéines et provoque l’activation ou l’expression des gènes de cette partie de l’ADN. De plus, les protéines cruciales pour l’expression des gènes peuvent reconnaître et lier directement les PTM. Cela permet la transcription : le processus de copie de l’ADN.

La régulation de l’expression des gènes, par exemple via les PTM, est également connue sous le nom de régulation épigénétique. Étant donné que toutes les cellules d’un corps ont le même ADN, la régulation de l’expression des gènes est nécessaire pour (dés)activer des fonctions spécifiques dans des cellules individuelles. Par exemple, les cellules du muscle cardiaque ont des fonctions différentes de celles des cellules de la peau et nécessitent donc l’expression de gènes différents.

Analyse de cellules individuelles à l’aide d’EpiDamID

Pour comprendre comment les PTM affectent l’expression des gènes, les premiers auteurs Franka Rang et Kim de Luca ont conçu une nouvelle méthode pour déterminer l’emplacement des modifications. En utilisant cette approche, appelée EpiDamID, les chercheurs peuvent analyser des cellules individuelles, alors que les méthodes précédentes ne pouvaient mesurer qu’un grand groupe de cellules. Une analyse à si petite échelle permet de savoir comment l’enroulement de l’ADN diffère d’une cellule à l’autre, plutôt que d’obtenir des informations sur l’enroulement moyen de l’ADN de nombreuses cellules.

EpiDamID est basé sur DamID, une technique utilisée pour déterminer l’emplacement de liaison de certaines protéines de liaison à l’ADN. En utilisant EpiDamID, l’emplacement de liaison de PTM spécifiques sur les protéines histones peut être détecté dans des cellules individuelles. Par rapport à d’autres, un grand avantage de cette technique est que les chercheurs ont besoin de matériel très limité. En outre, EpiDamID peut être utilisé en combinaison avec d’autres méthodes, telles que la microscopie, pour étudier la régulation de l’expression des gènes à différents niveaux.

Perspectives futures

Suite au développement de cette technique, le groupe Kind se concentrera sur le rôle des PTM du point de vue de la biologie du développement. Étant donné que les cellules individuelles sont analysées à l’aide d’EpiDamID, seule une quantité limitée de matériel est nécessaire pour générer suffisamment de données. Cela permet aux chercheurs d’étudier le développement précoce des organismes dès ses premières divisions cellulaires, lorsque l’embryon n’est constitué que de quelques cellules.