Une recherche conjointe internationale menée par Akihisa Osakabe et Yoshimasa Takizawa de l’Université de Tokyo a clarifié les mécanismes moléculaires chez l’arabette des thalles (Arabidopsis thaliana) par lesquels la protéine DDM1 (Diminution de la méthylation de l’ADN 1) empêche la transcription des « gènes sauteurs ».
La protéine DDM1 rend les gènes sauteurs plus accessibles pour le dépôt de marques chimiques supprimant la transcription. Comme une variante de cette protéine existe chez l’homme, cette découverte apporte un éclairage sur les conditions génétiques causées par de telles mutations du « gène sauteur ». Les résultats ont été publiés dans la revue Nature Communications.
L’ADN démêlé est souvent appelé chaîne. Dans une cellule, cependant, il ressemble davantage à une boule de fil, mais les motifs de boucle sont beaucoup plus complexes. La plus petite unité est appelée nucléosome. Il est constitué d’une section d’ADN enroulée autour d’un échafaudage protéique (histone).
Les transposons, des gènes capables de « sauter » vers différents endroits du génome, sont cachés dans les nucléosomes, ce qui rend difficile pour la cellule de déposer des marques chimiques qui suppriment la transcription des transposons. DDM1 est une protéine connue pour maintenir ces marques chimiques suppressives, mais on ne sait pas encore comment elle peut accéder aux transposons lorsqu’ils sont soigneusement cachés.
« Les gènes sauteurs sont fascinants », explique Osakabe, premier auteur de l’étude, « car ils peuvent provoquer des changements importants dans le génome, à la fois bons et mauvais. Étudier la façon dont des protéines comme DDM1 gèrent ces gènes nous aide à comprendre les mécanismes de base de la vie et peut avoir d’importantes applications pratiques. »
Les chercheurs ont utilisé la cryomicroscopie électronique, une technique permettant d’obtenir des images à des échelles quasi atomiques. Cela leur a permis d’observer la structure de la protéine DDM1 et de l’ADN dans le nucléosome.
« Nous étions très enthousiastes à l’idée de découvrir les structures détaillées de DDM1 et du nucléosome », se souvient Osakabe. « L’une des surprises a été la manière dont DDM1 ouvre le nucléosome. Il a été difficile de capturer ces structures, mais les résultats obtenus ont valu tout ce travail acharné. »
Les images haute résolution ont montré les positions exactes où DDM1 se lie à l’ADN dans le nucléosome. En conséquence, le site de liaison spécifique, qui ferme normalement le nucléosome, est devenu plus « flexible » et s’est ouvert pour permettre le dépôt de marques chimiques suppressives, empêchant la transcription des transposons.
Ce détail apparemment mineur pourrait être le début d’améliorations majeures.
« La version humaine du DDM1, appelée HELLS, fonctionne de manière similaire », explique Osakabe. « À long terme, de telles découvertes pourraient conduire à de nouveaux traitements pour les maladies génétiques humaines causées par des gènes similaires. Ces nouvelles connaissances nous permettent également de mieux comprendre comment les plantes et d’autres organismes contrôlent leur ADN, ce qui pourrait améliorer notre capacité à produire de meilleures cultures ou à développer de nouvelles biotechnologies. »
Plus d’information:
Akihisa Osakabe et al, Bases moléculaires et structurelles de l’activité de remodelage de la chromatine par Arabidopsis DDM1, Nature Communications (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-49465-w