Les molécules MCM empêchent la formation de boucles d'ADN.
Le complexe protéique MCM a une influence inattendue sur l'organisation tridimensionnelle de l'ADN
L'ensemble du matériel génomique d'une cellule doit être emballé dans un minuscule noyau cellulaire de manière à pouvoir, d'une part, être stocké de manière organisée et, d'autre part, être transcrit, dupliqué ou réparé selon les besoins. Différentes protéines sont responsables de l'emballage peu encombrant, qui peut enrouler ou boucler l'ADN. Les scientifiques Kikuë Tachibana et Karl Duderstadt de l'Institut Max Planck de biochimie (MPIB) de Martinsried étudient la tâche et la fonction exactes de ces machines moléculaires. Ils ont découvert que le complexe MCM joue un rôle important dans la limitation de la formation des boucles d'ADN et donc dans la structure tridimensionnelle du génome et dans la régulation des gènes. Les résultats de la recherche ont été publiés dans la revue scientifique Nature.
Pour un emballage efficace, l'ADN est placé dans des boucles. L'anneau de cohésine (rose) constitue la base de la boucle. Le complexe protéique MCM (jaune) limite la formation de la boucle.
Monika Krause, © MPI für Biochemie
Une molécule d'ADN mesure environ deux mètres de long et doit encore être emballée dans un minuscule noyau cellulaire. Un noyau cellulaire a la taille d'une particule de toner d'une imprimante ou d'une fine particule de poussière. Comment cela fonctionne-t-il ? Comment l'information génétique peut-elle être stockée et emballée d'un côté, mais lue de l'autre ? Comment est-elle mise en boucle ? L'emballage et le déballage sont également des processus dynamiques qui doivent se dérouler rapidement et sans heurts.
Or Kikuë Tachibana, nouvelle directrice du département "Totipotence" au MPIB, et son équipe ont découvert qu'un complexe protéique bien connu pour sa fonction dans la réplication de l'ADN a un rôle inattendu dans le repliement du génome. "Lors d'un symposium au MPIB, il est apparu que mon nouveau collègue Karl Duderstadt et moi-même partagions un intérêt commun. Nous avons décidé d'unir nos forces pour utiliser des approches complémentaires afin d'étudier ces premières observations au niveau mécanistique". Karl Duderstadt dirige le groupe de recherche "Structure et dynamique des machines moléculaires".
Dans cette étude, ils ont identifié conjointement le complexe de maintenance des minichromosomes (MCM) comme une nouvelle classe de barrières dans la formation des boucles d'ADN. Dans le processus de formation des boucles d'ADN, également appelé extrusion des boucles, trois protéines ou complexes protéiques sont principalement impliqués : d'abord la cohésine, ensuite la protéine à doigt de zinc CTCF, et enfin le complexe MCM. La cohésine se lie à l'ADN et initie la formation d'une boucle. La cohésine enroule l'ADN, ce qui entraîne la croissance progressive d'une boucle. L'extrusion de la boucle s'arrête lorsque la cohésine rencontre la protéine CTCF liée à l'ADN, qui était la seule barrière d'extrusion de boucle connue avant ces travaux. "Bien que les détails diffèrent, on peut imaginer que c'est un peu comme si on plaçait un anneau sur un ruban et qu'on enfilait le ruban dans l'anneau, qui reste à la base de la boucle", explique Matthias Scherr, co-premier auteur de l'étude.
Kikuë Tachibana explique : "Contrairement au CTCF, qui est une barrière spécifique aux vertébrés, les MCM sont conservés chez les eucaryotes et les archées. Il est donc fascinant d'envisager qu'il puisse s'agir d'une barrière ancestrale à l'extrusion des boucles." Ces travaux soulèvent la possibilité que les rencontres entre les complexes de cohésine extrudant les boucles et les complexes MCM fassent partie d'un mécanisme fondamental qui organise le repliement du génome d'une grande variété d'organismes.
Karl Duderstadt résume : "Notre découverte n'a été possible que grâce à la formation d'une équipe internationale étonnante, experte dans un large éventail de domaines. Ce travail est un témoignage de ce qui est possible lorsque l'on jette des ponts entre les domaines. Je suis convaincu que bien d'autres surprises nous attendent à mesure que nous explorerons plus en profondeur le réseau d'interactions qui contrôle l'organisation des chromosomes."
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
Publication originale
B.J.H. Dequeker*, M.J. Scherr*, H.B. Brandão, J. Gassler, S. Powell, I. Gaspar, I.M. Flyamer, A. Lalic, W. Tang, R. Stocsits, I.F. Davidson, J.-M. Peters , K. E. Duderstadt#, L. A. Mirny#, K. Tachibana#: MCM complexes are barriers that restrict cohesin-mediated loop extrusion. Nature, May 2022 * shared first-authors and # corresponding authors
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