Une équipe de chercheurs de l’Université de Nagoya au Japon a créé une simulation informatique tridimensionnelle du processus de formation de la structure du génome dans le noyau de la cellule humaine. Ils s’attendent à ce que le modèle contribue à la compréhension des mécanismes de régulation cellulaire et des maladies, telles que le cancer, qui endommagent le génome.
La structure tridimensionnelle du génome joue un rôle essentiel dans la régulation des fonctions de l’ADN des cellules animales et végétales car elle affecte sa lecture et sa réplication. Shin Fujishiro et Masaki Sasai, professeur émérite du département des sciences des systèmes complexes de l’université de Nagoya, école supérieure d’informatique, ont construit un modèle 3D en analysant l’ensemble du génome des cellules humaines. Ils ont utilisé ce modèle comme plate-forme pour étudier la relation entre la structure, la dynamique et les fonctions du génome humain. Les résultats ont été publiés dans l’édition en ligne du Actes de l’Académie nationale des sciences.
« L’organisation spatiale de l’ADN et son mouvement dynamique dans les cellules sont cruciaux pour comprendre les fonctions cellulaires », explique le professeur Sasai. « Les chercheurs ont consacré des efforts considérables pour expliquer l’organisation de l’ADN dans les cellules en développant diverses méthodes expérimentales, y compris les technologies biochimiques et microscopiques, mais maintenant une image unifiée est nécessaire. Notre recherche présente le premier modèle informatique qui peut analyser quantitativement diverses données du génome complet de cellules humaines de manière consolidée. »
Pour aider à comprendre le processus, les chercheurs ont étudié la chromatine. La chromatine est un mélange d’ADN avec des protéines qui existent dans les cellules afin de garder l’ADN compact. Selon leur modèle, la chromatine est inégalement répartie et lors du processus de dépliement qui se produit lors de la division cellulaire, des forces répulsives parmi les chaînes de chromatine les incitent à se séparer. Cette même force sépare également la chromatine en compartiments actifs et inactifs dans les noyaux. Les chercheurs ont découvert que leur mécanisme proposé clarifiait les résultats biochimiques et microscopiques des études précédentes.
Le professeur Sasai ajoute : « Notre modèle fournit un outil indispensable et une perspective originale en biologie cellulaire. À partir du modèle informatique développé dans cette recherche, nous pouvons déterminer comment les perturbations dans les cellules affectent la dynamique et l’organisation du génome. Nous pouvons également étudier comment les cellules malades, y compris diverses cellules cancéreuses, affectent le génome. Cela nous permet d’analyser plus en profondeur la relation entre la structure du génome et la régulation de la transcription. Le modèle développé dans cette recherche fournit un outil fondamental et un nouveau point de vue en biologie cellulaire.
Shin Fujishiro et al, Génération d’une structure tridimensionnelle dynamique du génome par séparation de phases de la chromatine, Actes de l’Académie nationale des sciences (2022). DOI : 10.1073/pnas.2109838119