Le processus complexe de duplication de l’information génétique, appelé réplication de l’ADN, est au cœur de la transmission de la vie d’une cellule à une autre et d’un organisme à l’autre. Cela se produit non seulement en copiant l’information génétique ; une séquence bien orchestrée d’événements moléculaires doit également se produire au bon moment.
Des scientifiques travaillant avec le professeur Maria-Elena Torres-Padilla de Helmholtz Munich ont récemment découvert un aspect fascinant de ce processus appelé « timing de réplication » (RT) et à quel point celui-ci est spécial au début de la vie. Le nouveaux résultats sont désormais publiés dans Nature.
Le processus de synchronisation de la réplication de l’ADN (RT) fait référence aux moments spécifiques où différentes régions de notre code génétique sont dupliquées. Des chercheurs de l’Institut d’épigénétique et de cellules souches de Helmholtz Munich ont mis en œuvre une technique appelée « Repli-seq » pour approfondir la relation intime entre la RT et l’adaptabilité des cellules, la plasticité cellulaire.
Curieusement, ils ont également découvert une nouvelle relation entre la RT et la manière dont les gènes se replient en structures tridimensionnelles à l’intérieur du noyau cellulaire.
En commençant par le stade le plus précoce d’un embryon, le zygote, le tout début de la vie d’un organisme, les chercheurs ont créé une carte de la RT depuis ce stade unicellulaire jusqu’au stade auquel l’embryon s’implante dans l’utérus de la mère, appelé blastocyste. La découverte inattendue est que la RT dans l’embryon unicellulaire n’est pas très ordonnée, ce qui suggère que les duplications du génome sont très flexibles dans ces cellules précoces.
Cependant, après le stade 4 cellules, la RT devient plus définie. Un processus graduel se produit, reflétant l’acquisition progressive de modifications dans l’ADN et les protéines associées, appelées marques chromatiniennes, qui indiquent l’activité et l’importance des gènes dans les fonctions cellulaires.
Maria-Elena Torres-Padilla, auteur correspondant de l’étude, explique en outre : « C’est remarquable, car cela nous indique que ces premières cellules embryonnaires ont un programme de duplication du génome très « plastique ». Parce que ces premières cellules sont totipotentes, elles peuvent créer chaque cellule de notre corps. Nous pensons que ce que nous avons découvert dans cette étude est l’une des raisons pour lesquelles ces cellules sont si remarquablement capables de générer tout le corps.
Les nouvelles découvertes sur la réplication de l’ADN peuvent constituer un outil pour reprogrammer les cellules. Le Dr Tsunetoshi Nakatani, premier auteur de l’étude, ajoute : « Nous pouvons envisager de changer l’identité cellulaire en changeant son programme de RT en un programme plus flexible. »
Les résultats montrent en outre que l’ARN polymérase, communément appelée enzyme responsable de la lecture du code génétique et de sa transcription en ARN, contribue à déterminer le programme exact de RT, fournissant ainsi des indices sur la manière de pouvoir manipuler un tel programme à l’avenir. .
L’équipe de recherche a découvert que la structure tridimensionnelle du génome prend forme en premier, et le programme RT est donc établi. Il s’agit d’une découverte passionnante, car elle postule que la manière dont notre génome s’adapte à l’espace tridimensionnel du noyau cellulaire influence la flexibilité du programme RT.
En conclusion, le moment de la réplication de l’ADN est une pièce fascinante du puzzle du grand récit de la vie. Cela démontre comment la précision de la réplication génétique est intimement liée à la capacité des cellules du premier embryon à générer d’autres types de cellules dans notre corps. À mesure que les chercheurs continuent d’explorer ces liens, nous acquérons une compréhension plus approfondie de l’essence même de la transmission de la vie, de cellule à cellule, d’organisme à organisme, et de ce qui rend une cellule capable de générer un nouveau corps.
Plus d’information:
Maria-Elena Torres-Padilla, Émergence du timing de réplication au début du développement des mammifères, Nature (2023). DOI : 10.1038/s41586-023-06872-1