Déchiffrer l'expression des gènes

L'ADN d'une seule cellule est long de 2 à 3 mètres de bout en bout. Pour s'adapter et fonctionner, l'ADN est conditionné autour de protéines spécialisées. Ces complexes ADN-protéine sont appelés nucléosomes, et ils sont une petite partie d'une structure plus grande appelée chromatine. Les nucléosomes peuvent être considérés comme l'unité de stockage et de protection de l'ADN de la cellule. 

Lorsqu'un gène particulier doit être exprimé, la cellule doit avoir accès à l'ADN protégé de la chromatine. Cela signifie que la structure de la chromatine doit être ouverte et que les nucléosomes doivent être enlevés pour exposer le gène cible sous-jacent. 

Cela se produit dans le processus orchestré de "remodelage de la chromatine", qui régule l'expression des gènes et implique une multitude d'acteurs. L'éclaircissement de cette étape cruciale non seulement nous aidera à mieux comprendre les fondements du génie génétique, mais il pourrait aussi nous aider à mettre au point des outils de génie génétique.

Le laboratoire de Beat Fierz à l'EPFL a pu découvrir les premières étapes du processus d'ouverture de la chromatine au niveau d'une seule molécule, en utilisant une combinaison de biologie chimique et de méthodes biophysiques. Publié dans Molecular Cell, l'ouvrage s'intéresse au rôle d'un groupe de protéines appelées "facteurs de transcription pionniers". Ces protéines se lient à des régions spécifiques de l'ADN dans la chromatine qui sont elles-mêmes protégées des autres protéines. On sait peu de choses sur la façon dont ces facteurs surmontent les barrières du labyrinthe chromatinien.

Le laboratoire de Fierz a étudié la levure, qui est un organisme modèle pour la génétique humaine. La méthode consistait à reproduire l'architecture des gènes de levure, combinée à la fluorescence d'une seule molécule. Les chercheurs ont étudié un facteur de transcription pionnier de la levure appelé Rap1, et ont découvert qu'il chorégraphie le remodelage de la chromatine, permettant l'accès à d'autres protéines nécessaires à l'expression génétique qui étaient auparavant obstruées. 

Pour ce faire, Rap1 lie d'abord la chromatine et influence ensuite l'action d'une grande machine moléculaire appelée "Remodelage de la structure de la chromatine" (RSC), en déplaçant les nucléosomes et en ouvrant la voie à l'ADN maintenant exposé pour d'autres protéines impliquées dans le contrôle de l'expression génétique.

Le résumé graphique de l'article, montrant la façon dont Rap1 accède à la chromatine. Source : M. Mivelaz et al/Molecular Cell

En révélant le mécanisme physico-chimique de l'accès de Rap1 à la chromatine et de son ouverture, l'étude de l'EPFL propose un modèle biologique pour d'autres facteurs de transcription pionniers, mais fournit également les outils pour les étudier au niveau d'une seule molécule.

Autres contributeurs

• Université de Genève
• Ludwig Maximilian Université de Munich