Des scientifiques observent pour la première fois en détail des structures d'ADN compactées ressemblant à des gouttelettes
À l'intérieur des cellules humaines, la biologie a réussi le tour de force d'emballer six pieds d'ADN dans un noyau dix fois moins large qu'un cheveu humain, tout en veillant à ce que les molécules essentielles puissent continuer à fonctionner.
Pour se comprimer, l'ADN s'enroule autour de protéines pour former des nucléosomes qui sont reliés entre eux comme des perles sur un fil. Ces chaînes s'enroulent pour former des fibres de chromatine compactes, qui sont ensuite condensées à l'intérieur du noyau.
La manière dont ce processus de compactage supplémentaire se produit n'était pas claire. Puis, en 2019, Michael Rosen, chercheur au HHMI, et son équipe de l'UT Southwestern Medical Center ont rapporté que les nucléosomes synthétiques créés en laboratoire se rassemblent en blocs dépourvus de membrane appelés condensats. Cela se produit par le biais d'un processus appelé séparation de phase - semblable à la formation de gouttelettes d'huile dans l'eau - qui, selon les chercheurs, imite la façon dont la chromatine se compacte à l'intérieur des cellules.
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Regarder à l'intérieur des condensats de chromatine
Ces condensats de chromatine, composés de centaines de milliers de molécules en mouvement rapide, présentent des propriétés émergentes, c'est-à-dire des comportements qui ne sont pas présents dans les molécules individuelles mais qui n'apparaissent que lorsqu'elles travaillent ensemble. Ces propriétés déterminent la façon dont les gouttelettes se forment et conservent leurs caractéristiques physiques.
Pour mieux comprendre ces qualités, ce qui pourrait aider les chercheurs à comprendre comment la chromatine se compacte à l'intérieur des cellules, les scientifiques doivent pénétrer à l'intérieur des gouttelettes pour examiner les fibres de chromatine et les nucléosomes individuels.
Aujourd'hui, Rosen et son équipe, ainsi que des chercheurs dirigés par Elizabeth Villa de l'université de Californie à San Diego, Rosana Collepardo-Guevara de l'université de Cambridge et Zhiheng Yu du Janelia Research Campus de l'HHMI, ont trouvé le moyen d'y parvenir.
Grâce à l'imagerie avancée réalisée à Janelia, ils ont capturé les images les plus détaillées à ce jour des molécules à l'intérieur des condensats de chromatine synthétique, observant directement comment les fibres de chromatine et les nucléosomes sont emballés à l'intérieur des structures ressemblant à des gouttelettes. En utilisant les mêmes techniques, l'équipe a également imagé et analysé la chromatine native dans les cellules.
Comprendre la formation des condensats
Ces visualisations, combinées à des simulations informatiques et à la microscopie optique, ont permis à l'équipe d'examiner les structures et les interactions des molécules individuelles à l'intérieur des condensats de chromatine synthétiques, ce qui leur a permis de commencer à comprendre comment les gouttelettes se forment et fonctionnent.
L'équipe a découvert que la longueur de l'ADN de liaison reliant les nucléosomes affecte la façon dont les structures sont disposées, ce qui dicte à son tour les interactions entre les fibres de chromatine et la structure en réseau des condensats.
Ces caractéristiques physiques ont permis d'expliquer pourquoi certaines fibres de chromatine subissent mieux la séparation de phase que d'autres et pourquoi les condensats formés par différents types de chromatine ont des propriétés matérielles émergentes différentes. Ils ont également constaté que les condensats synthétiques produits en laboratoire imitent structurellement l'ADN compacté à l'intérieur des cellules.
"Ces travaux nous ont permis de relier les structures des molécules individuelles aux propriétés macroscopiques de leurs condensats, et ce pour la première fois", explique M. Rosen. "Je suis certain que nous ne sommes qu'à la pointe de l'iceberg et que nous trouverons, avec d'autres, des moyens encore plus efficaces de développer ces relations structure-fonction à l'échelle méso (intermédiaire).
Un schéma directeur pour l'étude des condensats
Au-delà de la chromatine, les nouveaux travaux fournissent un modèle pour étudier et comprendre l'organisation et la fonction de nombreux types de condensats biomoléculaires. Ces condensats sans membrane remplissent de nombreuses fonctions importantes dans toute la cellule, qu'il s'agisse de réguler l'expression des gènes ou de répondre au stress.
Comprendre comment ces structures ressemblant à des gouttelettes se forment et fonctionnent peut aider les chercheurs à comprendre ce qui se passe lorsque la condensation se dérègle, un facteur contribuant potentiellement à différentes maladies - des conditions neurodégénératives au cancer.
"Grâce à cette recherche, nous comprendrons mieux comment une condensation anormale peut conduire à différentes maladies et, potentiellement, cela pourrait nous aider à développer une nouvelle génération de thérapies", explique Huabin Zhou, chercheur postdoctoral dans le laboratoire Rosen et auteur principal de la nouvelle recherche.
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
Huabin Zhou, Jan Huertas, M. Julia Maristany, Kieran Russell, June Ho Hwang, Run-Wen Yao, Nirnay Samanta, Joshua Hutchings, Ramya Billur, Momoko Shiozaki, Xiaowei Zhao, Lynda K. Doolittle, Bryan A. Gibson, Andrea Soranno, Margot Riggi, Jorge R. Espinosa, Zhiheng Yu, Elizabeth Villa, Rosana Collepardo-Guevara, Michael K. Rosen; "Multiscale structure of chromatin condensates explains phase separation and material properties"; Science, Volume 390
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