LES BIOLOGISTES se demandent depuis longtemps comment les cellules humaines peuvent emmagasiner quelque trois milliards de paires de bases d’ADN, un génome de 2 mètres de long, dans un noyau qui ne mesure que 0,01 millimètre de diamètre environ. Et ceci tout en permettant l’accès à des séquences de gènes cruciales pour le fonctionnement de l’organisme. Une technique développée par un groupe de chercheurs américains, et décrite dans « Science » (9 octobre), a permis de déterminer que la chromatine du noyau est organisée selon une architecture appelée « un globule fractal », une structure superdense et sans nœud, très favorable au bon fonctionnement des gènes.
La technique qui a permis d’arriver à cette conclusion comporte plusieurs étapes. Elle consiste d’abord à utiliser du formaldéhyde pour attacher entre eux les filaments d’ADN qui sont proches dans le noyau cellulaire. « Nous figeons le génome en place » explique au « Quotidien » Erez Lieberman-Aiden, du Broad Institute de Harvard et du MIT, l’un des principaux auteurs de la recherche. L’ADN est ensuite découpé en une grande quantité de très petits morceaux. Les extrémités des fragments proches accrochés ensemble lors de la première étape sont ensuite attachées les unes aux autres pour former des boucles, puis l’ADN est analysé au niveau des points de jonction. « En cassant le génome en milliers de morceaux, nous avons créé une carte spatiale montrant la proximité des différentes parties les unes par rapport aux autres », précise Nynke van Berkum, de l’université du Massachusetts, l’un des auteurs.
L’analyse de cette carte s’est montrée incompatible avec le modèle utilisé traditionnellement pour décrire l’arrangement spatial de la chromatine dans le noyau, un modèle appelé « un globule en équilibre », dans lequel les brins de chromatine sont enchevêtrés et forment de nombreux nœuds.
Les chercheurs ont alors comparé leurs résultats avec le modèle de globule fractal qui avait été proposé dès 1988 par Alexander Grosberg et ses collaborateurs, mais qui, jusqu’à présent, n’avait pu être observé par les études microscopiques, qui ne sont pas assez précises. Et ils ont trouvé que ce modèle se conformait très bien à leurs données.
Une structure idéale.
On obtient un globule fractal lorsqu’un polymère, ici le filament de chromatine, se replie sans s’emmêler pour former une série de petits globules arrangés comme « des perles le long d’un fil ». Ces globules se plissent à leur tour spontanément, produisant un motif plus fin, et ainsi de suite jusqu’à ce qu’il ne reste qu’un seul globule formé de globules plus petits, eux-mêmes formés de globules encore plus petits. Le résultat constitue une trajectoire fractale continue qui remplit l’espace d’une façon très compacte sans qu’il y ait de croisements. Lorsqu’elle affecte l’ADN du noyau, cette structure compacte mais sans nœud apparaît idéale puisqu’elle a l’avantage de faciliter le déploiement et le repliement de la molécule, notamment lors de l’activation des gènes et de leur répression. Les chercheurs ont également découvert, grâce à leur méthode, que le génome humain se répartissait dans le noyau entre deux types de compartiments. Ceux qui contiennent les gènes actifs sous une forme accessible et ceux qui renferment l’ADN non utilisé sous une forme plus compacte.
Ces découvertes, souligne Erez Lieberman-Aiden pour « le Quotidien », constituent « une façon tout à fait nouvelle d’explorer la façon dont l’expression des gènes est régulée ».
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