La chromatine est née dans des microbes anciens, il y a un à deux milliards d'années.
L'analyse génomique et protéomique révèle que le rôle régulateur de la chromatine est une innovation eucaryote.
Dans presque toutes les cellules humaines, un ADN de deux mètres de long doit tenir dans un noyau qui ne fait que 8 millionièmes de mètre de large. Comme la laine autour d'une bobine, le défi de l'espace extrême exige que l'ADN s'enroule autour de protéines structurelles appelées histones. Cette architecture génétique enroulée, appelée chromatine, protège l'ADN des dommages et joue un rôle clé dans la régulation des gènes.
Ancyromonas sigmoides, un microbe peu étudié et très prometteur pour les recherches sur l'origine des eucaryotes.
Naoji Yubuki
Les histones sont présentes à la fois chez les eucaryotes, des organismes vivants dotés d'une machinerie cellulaire spécialisée comme les noyaux et les microtubules, et chez les archées, une autre branche de l'arbre de la vie constituée de microbes unicellulaires procaryotes, c'est-à-dire dépourvus de noyau.
Dans les cellules eucaryotes, les histones sont modifiées par des enzymes, modifiant continuellement le paysage génomique pour réguler l'expression des gènes et d'autres processus génomiques. Malgré ce rôle fondamental, l'origine exacte de la chromatine est entourée de mystère.
Des chercheurs du Centre de régulation génomique (CRG) révèlent aujourd'hui que la solution de stockage de la nature est apparue chez d'anciens microbes vivant sur Terre il y a entre un et deux milliards d'années.
Pour remonter le temps, les chercheurs ont utilisé les informations inscrites dans les génomes des organismes modernes, organisant les formes de vie en fonction de l'évolution des gènes et des protéines liés à la chromatine. Ils ont étudié trente espèces différentes obtenues à partir d'échantillons d'eau au Canada et en France. Les microbes ont été identifiés grâce aux technologies modernes de séquençage génétique qui permettent d'identifier les espèces en filtrant l'ADN. Ils ont ensuite été cultivés en laboratoire pour le séquençage protéomique et génomique.
Les chercheurs ont constaté que les procaryotes ne disposent pas des mécanismes nécessaires pour modifier les histones, ce qui laisse penser que la chromatine des archées aurait pu, à l'époque, jouer un rôle structurel de base mais ne pas réguler le génome. En revanche, les chercheurs ont trouvé de nombreuses preuves de la présence de protéines qui lisent, écrivent et effacent les modifications des histones dans des lignées eucaryotes ayant divergé très tôt, comme le malawimonade Gefionella okellyi, l'ancyromonade Fabomonas tropica ou le discoban Naegleria gruberi, des microbes qui n'avaient pas été échantillonnés jusqu'à présent.
"Nos résultats soulignent que les rôles structurels et régulateurs de la chromatine sont aussi anciens que les eucaryotes eux-mêmes. Ces fonctions sont essentielles à la vie eucaryote - depuis que la chromatine est apparue, elle n'a plus jamais disparu dans aucune forme de vie", déclare le Dr Xavier Grau-Bové, chercheur post-doctoral au CRG et premier auteur de l'étude. "Nous sommes maintenant un peu plus près de comprendre son origine, grâce à la puissance des analyses comparatives qui permettent de découvrir des événements évolutifs survenus il y a des milliards d'années".
À l'aide des données de séquence, les chercheurs ont reconstitué le répertoire des gènes détenus par le dernier ancêtre commun eucaryote, la cellule qui a donné naissance à tous les eucaryotes. Cet organisme vivant possédait des dizaines de gènes modificateurs d'histones et vivait il y a entre un et deux milliards d'années sur la Terre, elle-même estimée à 4,5 milliards d'années. Les auteurs de l'étude émettent l'hypothèse que la chromatine a évolué dans ce microbe à la suite de pressions sélectives dans l'environnement primordial de la Terre.
Arnau Sebe-Pedrós, chercheur au CRG et auteur principal de l'étude, souligne que "les virus et les éléments transposables sont des parasites du génome qui attaquent régulièrement l'ADN des organismes unicellulaires. Cela aurait pu conduire à une course aux armements évolutive pour protéger le génome, aboutissant au développement de la chromatine en tant que mécanisme défensif de la cellule qui a donné naissance à toute la vie eucaryote connue sur Terre. Plus tard, ces mécanismes ont été cooptés dans une régulation élaborée des gènes, comme nous l'observons chez les eucaryotes modernes, en particulier les organismes multicellulaires".
Selon les auteurs de l'étude, les recherches futures pourraient porter sur l'évolution des enzymes modificatrices d'histones chez les archées asgardiennes, des microbes portant le nom d'une région mythologique habitée par des dieux nordiques et souvent décrits comme un tremplin évolutif entre les archées et les eucaryotes. Les chercheurs ont trouvé des preuves que certaines espèces de microbes asgardiens, comme le Lokiarchaeota, ont des histones avec des caractéristiques semblables à celles des eucaryotes, et pourraient être le résultat d'une évolution convergente.
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.
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