Une nouvelle vision dynamique des mouvements de l'ADN
Une illustration de chromatine (à gauche) s'ouvrant à des nucléosomes individuels (à droite). Crédit: Beat Fierz/EPFL
Dans les cellules, les protéines emballent étroitement les longs filaments de l'ADN dans un complexe ressemblant à un collier de perles, nommé chromatine. Pour la première fois, des scientifiques de l'EPFL montrent comment la chromatine se déplace, répondant ainsi à des questions pendantes sur la manière dont sa structure aide à réguler l'expression des gènes. L'étude est publiée dans Nature Communications.
La longueur totale de l'ADN dans une cellule est comprise entre deux et trois mètres. Pour pouvoir tenir à l'intérieur des cellules, l'ADN est enroulé autour de petits fuseaux de protéines, formant ainsi des filaments de molécules appelés nucléosomes. Les nucléosomes s'enroulent ensuite pour former des fibres entremêlées. Ce complexe est nommé chromatine, il organise et compacte l'ADN dans le noyau de la cellule, mais en même temps il rend difficile l'accès de la machinerie cellulaire à l'ADN.
Jusqu'ici, les études structurelles de la chromatine ne nous ont fourni qu'une vision statique de la manière dont l'ADN est organisé dans les cellules. Comment la machinerie de l'expression des gènes peut-elle accéder à l'ADN enfoui dans la chromatine? Pour répondre à cette question, il faut une vision plus dynamique du matériel génétique.
Le laboratoire de Beat Fierz à l'EPFL, en collaboration avec le groupe de Claus Seider à l'Université de Düsseldorf, vient de réussir à observer les mouvements réels de la chromatine, au moyen d'une combinaison unique de protéines et de chimie de l'ADN, et de deux approches complémentaires en spectroscopie par fluorescence de cellule unique. Ce travail révèle pour la première fois la structure interne et les déplacements de la chromatine, répondant ainsi à une question non-résolue dans la recherche sur la chromatine.
Les chercheurs ont découvert que les nucléosomes, à l'intérieur des fibres de chromatine, forment des piles qui s'effondrent rapidement et se reforment en l'espace de millisecondes.
Ces paquets courts de nucléosomes contiennent quatre nucléosomes et environ 800 paires de bases d'ADN, formant ainsi l'unité de base de l'organisation de la chromatine. Une protéine responsable du silençage des gènes (protéine hétérochromatine 1α), peut bloquer les interactions du nucléosome et compacter encore plus la chromatine, empêchant ainsi la machinerie d'expression des gènes d'accéder à l'ADN.
La découverte de tels modes dynamiques rapides à l'intérieur des fibres de chromatine offre de nouvelles perspectives sur la manière dont divers processus peuvent accéder à l'ADN (ou être empêchés de le faire), tels que les facteurs de transcription, ou la machinerie pour la transcription, la réplication ou la réparation de l'ADN.
Financement
- Foundation de Famille Sandoz
- Fonds National Suisse
- Conseil européen de la recherche (Consolidator Grant 2017, chromo-SUMMIT )
- EPFL
- Fondation Boehringer Ingelheim
- Conseil européen de la recherche (Advanced Grant 2015, hybridFRET)
Référence
Sinan Kilic, Suren Felekyan, Olga Doroshenko, Iuliia Boichenko, Mykola Dimura, Hayk Vardanyan, Louise C. Bryan, Gaurav Arya, Claus A. M. Seidel, Beat Fierz. Single-molecule FRET reveals multiscale dynamics of chromatin modulated by HP1α. Nature Communications 16 January 2018. DOI: 10.1038/s41467-017-02619-5