Les machines moléculaires qui bouclent les chromosomes tordent également l’ADN

Des scientifiques de l’Institut Kavli de l’Université de technologie de Delft et du Biocentre IMP Vienne ont découvert une nouvelle propriété des moteurs moléculaires qui façonnent nos chromosomes. Alors qu’il y a six ans, ils ont découvert que ces protéines motrices dites SMC formaient de longues boucles dans notre ADN, ils ont maintenant découvert que ces moteurs introduisent également des torsions significatives dans les boucles qu’ils forment.

Ces découvertes nous aident à mieux comprendre la structure et la fonction de nos chromosomes. Ils donnent également un aperçu de la manière dont la perturbation des boucles d’ADN tordues peut affecter la santé, par exemple dans les maladies du développement telles que les « cohésinopathies ». Les scientifiques publié leurs découvertes dans Avancées scientifiques.

Imaginez que vous essayiez d’insérer deux mètres de corde dans un espace beaucoup plus petit que la pointe d’une aiguille : c’est le défi auquel chaque cellule de votre corps est confrontée lorsqu’elle intègre son ADN dans son minuscule noyau. Pour y parvenir, la nature utilise des stratégies ingénieuses, comme tordre l’ADN en bobines, appelées « superbobines », et l’enrouler autour de protéines spéciales pour un stockage compact.

De petites boucles d’ADN régulent les fonctions des chromosomes

Mais le compactage ne suffit pas. Les cellules doivent également réguler la structure des chromosomes pour permettre leur fonction. Par exemple, lorsqu’il faut accéder à des informations génétiques, l’ADN est lu localement. En particulier, lorsqu’il est temps pour une cellule de se diviser, l’ADN doit d’abord se décompresser, se dupliquer, puis se séparer correctement en deux nouvelles cellules.

Des machines protéiques spécialisées appelées complexes SMC (maintenance structurelle des chromosomes) jouent un rôle essentiel dans ces processus. Il y a quelques années à peine, des scientifiques de Delft et d’autres endroits ont découvert que ces protéines SMC sont des moteurs moléculaires qui forment de longues boucles dans notre ADN et que ces boucles sont les principaux régulateurs de la fonction chromosomique.

Dans le laboratoire de Cees Dekker à la TU Delft, les postdoctorants Richard Janissen et Roman Bath fournissent désormais des indices qui aident à résoudre ce casse-tête. Ils ont développé une nouvelle façon d’utiliser des « pinces magnétiques » grâce auxquelles ils pourraient observer des protéines SMC individuelles effectuer des étapes de boucle dans l’ADN.

Surtout, ils ont également pu déterminer si la protéine SMC modifierait la torsion de l’ADN. Et de manière frappante, l’équipe a découvert que c’était le cas : la cohésine de la protéine SMC humaine non seulement tire l’ADN dans une boucle, mais tord également l’ADN de 0,6 tour vers la gauche à chaque étape de création de la boucle.

Un aperçu de l’évolution des protéines SMC

De plus, l’équipe a découvert que cette action de torsion n’est pas propre aux humains. Des protéines SMC similaires chez la levure se comportent de la même manière. Remarquablement, tous les différents types de protéines SMC provenant de l’homme et de la levure ajoutent la même quantité de torsion : elles transforment l’ADN 0,6 fois à chaque étape d’extrusion de la boucle d’ADN. Cela montre que les mécanismes d’extrusion et de torsion de l’ADN sont restés les mêmes pendant très longtemps au cours de l’évolution.

Peu importe que l’ADN soit en boucle chez l’humain, la levure ou toute autre cellule, la nature utilise la même stratégie.

Ces nouvelles découvertes fourniront des indices essentiels pour résoudre le mécanisme moléculaire de ce nouveau type de moteur. De plus, ils montrent clairement que le bouclage de l’ADN affecte également l’état de super-enroulement de nos chromosomes, ce qui affecte directement des processus tels que l’expression des gènes.

Enfin, ces protéines SMC sont liées à diverses maladies comme le syndrome de Cornelia de Lange, et une meilleure compréhension de ces processus est essentielle pour traquer les origines moléculaires de ces maladies graves.