Nous savons enfin pourquoi notre ADN a une forme en X. Cette découverte par des chercheurs de l’Institut néerlandais du cancer pourrait avoir des implications beaucoup plus larges sur le comportement de nos cellules. « Il semble que nous ayons découvert un mécanisme universel par lequel les cellules déterminent la forme de leur ADN. »
« Est-ce que ça marcherait vraiment comme ça ? se demande le chercheur Benjamin Rowland. Il raconte la conversation téléphonique avec son collègue d’Angleterre. « Nous avons vu une similitude suspecte entre deux molécules dans le noyau de nos cellules. Elles semblaient avoir exactement les mêmes éléments constitutifs au même endroit, ce qui pourrait expliquer une grande partie de ce qui se passe dans les cellules. Alors bien sûr, nous avons dû enquêter là-dessus. » Leurs conclusions sont publiées dans la revue Nature Biologie structurale et moléculaire.
X dans les manuels de biologie
Dans notre corps, les cellules se divisent continuellement en deux pour former de nouvelles cellules. Dans le processus, une cellule copie son ADN et le divise également entre les deux nouvelles cellules. C’est plus facile à dire qu’à faire. Après tout, notre ADN mesure plusieurs mètres de long et s’entasse comme des fils de spaghetti dans le noyau invisiblement petit d’une cellule. Essayez de répartir cela équitablement.
Les cellules ont une façon intelligente de gérer cela. Ils copient leur ADN et le transforment en colis compacts. Dans le processus, les cellules laissent les deux copies attachées au milieu jusqu’à ce qu’elles se divisent. Au microscope, une telle parcelle ressemble à un X, comme on peut le voir dans tous les manuels de biologie.
Nom exotique
Juste avant que la cellule ne se divise, le X se libère au milieu. Les bras du X vont alors chacun dans une cellule séparée. Si cela ne va pas, les nouvelles cellules obtiennent plus ou moins d’ADN que la normale. Cela peut les faire dérailler. Les cellules cancéreuses, par exemple, ont souvent des quantités anormales d’ADN.
« Un tel chromosome est en fait constitué de deux longs fils d’ADN identiques qui, au début, sont connectés sur toute leur longueur », explique le chercheur Benjamin Rowland. Une foule de molécules de cohésine en forme d’anneau maintient les deux fils ensemble. « Quand une cellule est sur le point de se diviser, les anneaux de cohésine s’ouvrent et les bras de l’ADN se séparent. Les anneaux au milieu de l’ADN restent étroitement fermés. Cela est dû à une protéine portant le nom exotique de shugoshin—SGO1. »
Anneaux verrouillés
Depuis la fin du 19ème siècle, les manuels ont déclaré que nos chromosomes avaient cette forme en X. Mais le mécanisme sous-jacent est resté longtemps un mystère. Doctorat de Rowland. L’étudiant Alberto García-Nieto a maintenant découvert que le shugoshin utilise une clé moléculaire qui s’insère précisément dans une sorte de trou de serrure dans la cohésine.
Ce faisant, il verrouille les anneaux de cohésine. Parce que le shugoshin travaille au centre des chromosomes, c’est seulement là qu’il verrouille les anneaux. Cela donne aux chromosomes leur forme en X. Ce n’est qu’après que la cellule a tout soigneusement aligné pour commencer à se diviser, qu’elle coupe ces derniers anneaux avec des ciseaux moléculaires. L’ADN est séparé et la cellule peut se diviser.
Mécanisme universel
Une similitude inattendue a poussé les chercheurs vers cette découverte. Ils ont vu qu’un petit fragment de shugoshin est identique à un morceau d’une autre protéine qu’ils avaient précédemment examinée de près : CTCF. Devinez ce que fait cette protéine ? CTCF a exactement la même clé moléculaire qui s’insère dans ce même trou de serrure de cohésine. Il l’utilise également pour verrouiller les anneaux de cohésine, mais dans un contexte différent. Cohesin fait aussi autre chose : il compacte les chromosomes en créant des boucles d’ADN. Lieu différent, même mécanisme de verrouillage.
« Nous semblons avoir trouvé un mécanisme universel par lequel les cellules déterminent la forme de l’ADN. En effet, ce qui rend l’ensemble encore plus extraordinaire, c’est que le CTCF et le shugoshin ne semblent pas être les seules protéines à utiliser ces éléments constitutifs. » Rowland et ses collègues britanniques ont des preuves qu’une variété de protéines importantes qui régulent notre ADN utilisent la même clé moléculaire pour contrôler la cohésine. « En verrouillant la cohésine exactement au bon moment, ainsi qu’au bon endroit sur l’ADN, vous pouvez déterminer la forme de nos chromosomes. »
« N’oubliez pas : l’ADN est le code de la vie. La structure de l’ADN détermine en partie la fonction de l’ADN et donc le comportement de nos cellules. Donc, si vous pouvez déterminer la structure de l’ADN, cela pourrait avoir d’énormes implications. »
Plus d’information:
Daniel Panne, Base structurale de la protection de la cohésion centromérique, Nature Biologie structurale et moléculaire (2023). DOI : 10.1038/s41594-023-00968-y. www.nature.com/articles/s41594-023-00968-y