Utiliser une « soupe » d’œufs pour comprendre comment l’ADN est emballé dans le noyau

Si vous étiriez l’ADN trouvé dans l’une de vos cellules d’un bout à l’autre, il s’étendrait sur environ 2 mètres ou 6,5 pieds. Chaque cellule de votre corps peut accumuler autant d’ADN en l’enroulant autour de protéines appelées histones. L’ADN est ouvert et fermé lorsque les cellules ont besoin d’un accès pour des processus normaux tels que la division cellulaire. Cependant, de nombreuses cellules cancéreuses sont extrêmement sensibles au compactage et au déballage de l’ADN car elles se divisent beaucoup plus rapidement que nos cellules normales saines. Comprendre quelles protéines emballent et déballent spécifiquement l’ADN pourrait nous aider à cibler plus précisément ces cellules cancéreuses avec des inhibiteurs.

Une équipe de recherche de l’Université médicale de Caroline du Sud (MUSC) dirigée par David Long, Ph.D., rapporte dans le Journal de chimie biologique cette protéine, HDAC1, joue un rôle plus important dans l’emballage de l’ADN autour des histones qu’on ne le pensait auparavant.

« Les cellules doivent soigneusement déballer et lire leur ADN pour créer les différentes protéines présentes dans votre corps », a déclaré Long.

Pour expliquer le fonctionnement du conditionnement de l’ADN, Colleen Quaas, Ph.D., première auteure de l’article, propose une analogie.

« Pensez aux histones comme à une bobine et à l’ADN comme au tuyau qui s’enroule autour d’elle », a-t-elle déclaré. Quaas était étudiante diplômée dans le laboratoire de Long lorsqu’elle a travaillé sur l’étude. Elle est maintenant boursière postdoctorale dans le laboratoire de Tim Barnoud, Ph.D., au MUSC. Les nouveaux objectifs de recherche de Quaas comprennent le développement de nouvelles thérapies pour traiter le cancer du pancréas.

Avant cette étude, on pensait que HDAC1 et HDAC2 jouaient des rôles similaires dans l’emballage de l’ADN en l’enroulant autour de « bobines » d’histone, offrant une certaine redondance intégrée. À l’aide d’une nouvelle technique développée dans le laboratoire de Long, les deux chercheurs ont entrepris d’explorer et de comparer les fonctions des protéines HDAC1 et HDAC2. Ils ont trouvé que l’histoire est beaucoup plus compliquée que cela.

« Il se passe plus que vous ne le pensez, et donc toutes ces interprétations précoces vraiment simples n’attendent que d’être décortiquées et explorées plus avant », a déclaré Long.

Toutes les informations nécessaires à la création de protéines sont inscrites dans votre ADN. Pour étendre l’analogie de Quaas, pensez au processus d’utilisation de l’ADN pour fabriquer des protéines comme l’arrosage de votre jardin. Vous devez dérouler le tuyau de l’enrouleur pour arroser toutes vos plantes, et lorsque vous avez fini d’arroser, vous enroulez le tuyau autour de l’enrouleur.

Pour mieux comprendre quelles protéines jouent un rôle dans l’enroulement de l’ADN, Long a développé un système utilisant un extrait dérivé des œufs de grenouilles africaines à griffes. Le système d’extraction comprend toutes les protéines du noyau mais élimine l’ADN.

« L’extrait est fondamentalement comme une soupe de cellules », a déclaré Long. « Si vous considérez le noyau comme une orange, l’extrait est le jus qui est pressé. Nous examinons toutes les protéines qui sont » écrasées « des œufs. »

Le système d’extrait est unique en ce sens qu’il ne repose pas sur des cultures cellulaires ou des modèles animaux pour répondre aux questions scientifiques. Les chercheurs peuvent simplement ajouter l’ADN d’intérêt dans le système d’extraction de protéines concentrées et analyser comment l’ADN est emballé ou déballé. De plus, ils peuvent déterminer quelles protéines spécifiques interagissent avec l’ADN qu’ils ajoutent au système d’extraction.

« Nous pouvons regarder l’ADN en temps réel en dehors d’une cellule, ce qui rend les études mécanistes de l’ADN beaucoup plus accessibles », a déclaré Quaas.

« Nous pouvons faire beaucoup de choses dans l’extrait que vous ne pouvez pas faire dans les cellules parce que vous devez garder les cellules en vie », a déclaré Long. « Nous pouvons extraire des éléments et en rajouter, il est donc très facile de manipuler le système. »

Long et Quaas voulaient voir ce qui se passerait s’ils utilisaient des inhibiteurs ciblant différents groupes de protéines HDAC. Actuellement, plusieurs inhibiteurs d’HDAC ont été approuvés par la Food and Drug Administration des États-Unis et sont utilisés dans des essais cliniques pour le traitement du cancer. Les chercheurs ont décidé de tester plusieurs de ces inhibiteurs et ont découvert que la romidepsine bloquait spécifiquement le compactage de l’ADN.

La romidepsine cible à la fois HDAC1 et HDAC2, mais on ne savait pas auparavant lequel des deux HDAC était réellement responsable de l’emballage de l’ADN. Pour leur étude, les chercheurs ont développé des outils pour cibler spécifiquement HDAC1 ou HDAC2. Compte tenu de la sagesse dominante, ils pensaient que les effets sur le conditionnement de l’ADN seraient les mêmes, quelle que soit la protéine ciblée. Au lieu de cela, l’emballage de l’ADN n’a été retardé que lorsque HDAC1 a été inhibé. Cela a surpris les chercheurs, les amenant à explorer davantage comment HDAC1 interagit avec des protéines autres que HDAC2 pour terminer son travail.

« Nous voyons que HDAC1 et HDAC2 ont des rôles différents dans notre système, et ils se trouvent également dans différents complexes protéiques », a déclaré Quaas.

Les conclusions de l’étude sont importantes pour plusieurs raisons. Premièrement, le système d’extrait utilisé dans le laboratoire de Long est nouveau et peut être utilisé pour répondre à des questions difficiles à résoudre à l’aide de modèles cellulaires ou animaux traditionnels. Deuxièmement, les futures thérapies contre le cancer pourraient se concentrer sur le développement d’inhibiteurs ciblant spécifiquement les protéines HDAC individuelles. Les chercheurs ont découvert que HDAC1, et non HDAC2, est le principal moteur de l’emballage de l’ADN, donc cibler uniquement HDAC1 pourrait être plus efficace et avoir moins d’effets secondaires pendant le traitement.

« Ces inhibiteurs sélectifs sont un excellent moyen de cibler les cellules cancéreuses », a déclaré Long. « Les cellules cancéreuses se développent rapidement, donc si nous pouvons perturber la façon dont elles peuvent emballer et déballer l’ADN, cela les rendra plus sensibles à la mort cellulaire. »