Nous dépendons de la capacité de nos cellules à se diviser et à se multiplier, que ce soit pour remplacer une peau brûlée par le soleil ou pour reconstituer notre réserve sanguine et se remettre d’une blessure. Les chromosomes, qui portent toutes nos instructions génétiques, doivent être copiés de manière complète lors de la division cellulaire. Les télomères, qui recouvrent les extrémités des chromosomes, jouent un rôle essentiel dans ce processus de renouvellement cellulaire, avec un impact direct sur la santé et la maladie.
L’enzyme télomérase joue un rôle clé dans le maintien de la longueur des télomères lors de la réplication des chromosomes lors de la division cellulaire. Carol Greider, professeur à l’UC Santa Cruz, étudie les télomères et la télomérase depuis plus de 30 ans. L’impact des découvertes qu’elle a faites au cours de cette période explique pourquoi elle a remporté, avec deux collègues, le prix Nobel de physiologie ou médecine en 2009.
Ainsi, les résultats de la dernière étude de Greider sur les télomères n’auraient pas dû la surprendre. Et pourtant, ils l’ont fait.
Publié aujourd’hui dans Scienceun nouvelle étude constate que la longueur des télomères suit un modèle différent de celui compris jusqu’à présent. Au lieu que les longueurs des télomères relèvent d’une plage générale allant du plus court au plus long sur tous les chromosomes, cette étude révèle que différents chromosomes ont des distributions distinctes de longueurs de télomères spécifiques à leurs extrémités.
Selon Greider, cette découverte signifie que nous ne comprenons pas pleinement le processus moléculaire qui régule la longueur des télomères. C’est important en raison de la façon dont la longueur des télomères affecte la santé humaine : « Lorsque les télomères deviennent trop courts, vous souffrez de maladies dégénératives liées à l’âge comme la fibrose pulmonaire, l’insuffisance médullaire et l’immunosuppression », a déclaré Greider. « En revanche, si les télomères sont trop longs, cela prédispose à certains types de cancer. »
Kayarash Karimian, l’auteur principal de l’article, est un ancien doctorant. étudiant au laboratoire de Greider à la faculté de médecine de l’Université Johns Hopkins. Parmi les autres co-auteurs de cette étude figurent des chercheurs du Dana-Farber Cancer Institute, de la Harvard Medical School et de l’Université de Pittsburgh. Greider, professeur distingué de biologie moléculaire, cellulaire et du développement à l’UC Santa Cruz et professeur d’université à Johns Hopkins, était l’auteur principal de l’article et a dirigé les travaux.
Pourquoi la longueur est importante
Sans télomérase, les télomères deviendraient de plus en plus courts à mesure qu’une cellule se divise encore et encore. Au cours des 30 dernières années, les recherches menées par Greider et d’autres ont confirmé que les télomères courts conduisent à des maladies dégénératives et ont montré que la longueur des télomères se situe dans une certaine plage.
Mais cet article remet en question le consensus scientifique en montrant qu’une gamme unique de longueurs de télomères est trop large. En mesurant les télomères de 147 personnes pour cette étude, les chercheurs ont découvert chez un individu que la longueur moyenne des télomères sur tous les chromosomes était de 4 300 bases d’ADN. Ensuite, lorsqu’ils ont isolé des chromosomes spécifiques, ils ont découvert que la plupart des longueurs de télomères différaient significativement de cette moyenne. Dans un cas, les longueurs différaient jusqu’à 6 000 bases, ce que Greider décrit comme « à couper le souffle ».
En outre, ils ont découvert que chez les 147 individus, les mêmes télomères étaient le plus souvent les plus courts ou les plus longs, ce qui implique que les télomères situés sur des extrémités spécifiques des chromosomes pourraient être les premiers à déclencher la défaillance des cellules souches.
Innover sur le séquençage des nanopores
Pour effectuer des mesures aussi précises au niveau moléculaire, l’équipe de Greider a utilisé une technique inventée à l’UC Santa Cruz appelée « séquençage des nanopores », une méthode révolutionnaire de lecture de l’ADN et de l’ARN qui a eu un immense impact sur la recherche en génomique depuis ses débuts sur le marché en 2014. comme le produit commercial MinION.
La technologie Nanopore a permis certaines des avancées les plus significatives dans le domaine de la génomique, telles que la réalisation d’un génome humain sans faille et le séquençage des génomes du COVID-19, ce qui la rend cruciale dans la lutte pour mettre fin à la pandémie. L’UC Santa Cruz a concédé le concept de technologie de séquençage des nanopores à la société britannique Oxford Nanopore Technologies, qui a fabriqué MinION, le premier séquenceur d’ADN portable.
Aux yeux des inventeurs du séquençage des nanopores, l’étude de Greider prouve notamment que la capacité de cette technique à faire progresser la recherche scientifique continue de se développer. Mark Akeson, professeur émérite de génie biomoléculaire à l’UC Santa Cruz, note que deux études préliminaires qui corroborent les conclusions fondamentales de l’article de Greider ont également été publiées en ligne.
« À mon avis, il s’agit de l’article le plus important basé sur les nanopores et axé sur la biologie humaine depuis l’introduction du MinION », a déclaré Akeson. « Il est facile d’envisager une large utilisation de leur test de longueur des télomères en clinique. »
Akeson et David Deamer, également professeur émérite de génie biomoléculaire à la Baskin School of Engineering, ont été honorés l’année dernière à la Bibliothèque du Congrès pour avoir inventé le séquençage des nanopores. Leur collègue et ami Daniel Branton, biologiste de Harvard et co-inventeur de la technologie, a également été honoré.
Implications pour la prévention des maladies
Des lectures d’ADN aussi précises ont permis à l’équipe de Greider d’identifier les séquences adjacentes aux télomères et de émettre l’hypothèse que ces zones sont celles où la télomérase régule la longueur. Et si cela est vrai, Greider a déclaré que ces régions, et les protéines qui s’y lient, pourraient servir de cibles potentielles pour de nouveaux médicaments destinés à prévenir les maladies.
En outre, leur processus de « profilage des télomères » via le séquençage des nanopores pourrait servir de modèle pour le développement de tests supplémentaires basés sur MinION pour le criblage de médicaments à haut débit.
« Cette technique accessible présente un potentiel d’utilisation étendu dans la recherche, le diagnostic et le développement de médicaments », a déclaré Greider. « Ce travail indique qu’il existe des mécanismes encore inconnus pour la régulation de la longueur des télomères ; l’étude de ces mécanismes éclairera de nouvelles approches du cancer et de certaines maladies dégénératives. »
Plus d’information:
Kayarash Karimian et al, La longueur des télomères humains est spécifique à l’extrémité du chromosome et conservée entre les individus, Science (2024). DOI : 10.1126/science.ado0431