Les secrets du bouclage de l’ADN pourraient nous donner l’avantage dans la lutte contre le cancer

Comment une cellule regroupe-t-elle son fouillis de données génétiques en chromosomes soignés pour la division ? Après tout, l’ ADN de nos cellules s’étend sur environ deux mètres de long et doit s’insérer dans un noyau d’environ 1/50ème de la taille d’un grain de sel. Comment diable arrange-t-il cet enchevêtrement avant de se diviser en deux ?

De nouvelles recherches ont jeté une lumière littérale sur le processus, en filmant un complexe protéique appelé condensine alors qu’il dessine des boucles à partir de l’ADN.

Des études antérieures ont émis l'hypothèse que la condensine agit comme un petit moteur pour créer des boucles dans l'ADN ; l'idée étant que bon nombre de ces replis permettent à une cellule de compacter son génome pour le distribuer entre les cellules filles. Mais jusqu’à présent, ce rôle n’a pas été prouvé. En isolant une molécule d'ADN et en l'orientant soigneusement avec un complexe de condensine sous un microscope, des scientifiques de l'Institut Kavli de l'Université de Delft et de l'EMBL Heidelber ont filmé la protéine en action.

"La technique peut paraître très simple ("Imagez simplement l'ADN et la condensation") mais elle est loin d'être triviale", explique le professeur Cees Dekker, chef du groupe de recherche au département de bionanoscience de Delft, à Alphr . « Il faut imager l’ADN sans trop de dégâts photo.

« Lorsque vous éclairez l’ADN pour le rendre visible, cette lumière peut également créer des dommages (appelés photodommages) et donc briser l’ADN. Cela s'est produit, par exemple, lorsque nous avons commencé cette recherche il y a huit ans avec un colorant de couleur plus standard qui entaillerait et briserait l'ADN en quelques secondes.

Mahipal Ganji, postdoctorant au sein du groupe Cees Dekker de Delft, explique que la première étape du nouveau processus d'imagerie consistait à fixer les deux extrémités d'une molécule d'ADN sur une surface et à appliquer soigneusement un colorant : « En appliquant ensuite un flux dans le fluide perpendiculairement à la molécule, nous avons orienté l’ADN en forme de U et l’avons amené dans le plan focal de notre microscope. Étonnamment, nous pourrions alors voir un seul condensin se lier et commencer à extruder une boucle.

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Selon Dekker, les images « règlent le débat » sur la capacité de la condensine à former des boucles dans l'ADN. L’équipe a également observé que l’enroulement est asymétrique, la condensine ne tirant l’ADN que d’un côté de son point d’ancrage. Le processus de boucle ne nécessite qu'une quantité modeste d'ATP pour alimenter la condensine, ce qui suggère que le complexe protéique ne tire pas l'ADN base par base, mais en gros morceaux. Le petit moteur accomplit cette tâche remarquablement rapidement, en exécutant jusqu'à 1 500 paires de bases par seconde.

Les résultats permettent non seulement d’élucider un mécanisme fondamental de la mitose et de la méiose, mais peuvent également être utilisés pour aider à guérir des problèmes médicaux associés à la famille de protéines dont fait partie la condensine, connues sous le nom de protéines SMC. Comme l’explique Dekker, cela pourrait nous aider à mieux comprendre comment lutter contre le cancer :

« Les protéines SMC sont cruciales pour l’organisation des chromosomes. La perturbation de la distribution correcte du matériel chromosomique aux cellules filles est associée au cancer. La compréhension fondamentale des protéines SMC est donc au cœur de la compréhension des processus perturbateurs qui conduisent au cancer. Plus précisément, les mutations des protéines SMC sont liées à des maladies héréditaires telles que le syndrome de Cornelia de Lange.

Les résultats de l'Institut Kavli de l'Université de Delft et de l'EMBL Heidelber sont publiés aujourd'hui dans la revue Science .

Crédit image : Cees Dekker Lab TU Delft/Scixel