Depuis plusieurs décennies, les biologistes tentent de comprendre le mécanisme par lequel les chromosomes se condensent en structures caractéristiques lors de la division cellulaire. Récemment, une équipe internationale a franchi une étape cruciale en visualisant ce phénomène avec une précision sans précédent, grâce à l'innovation d'une méthode d'imagerie appelée LoopTrace. Cette découverte révèle que l'ADN ne se replie pas de manière aléatoire, mais suit un processus structuré : il commence par former de grandes boucles, puis se subdivise en petites structures imbriquées qui interagissent de manière complexe, contribuant à un repliement optimisé des chromosomes. Ces avancées pourraient ouvrir la voie à des traitements prometteurs pour des maladies comme le cancer ou certaines affections génétiques rares.

La division cellulaire est un processus fondamental pour toute forme de vie, essentiel à la croissance et au renouvellement des cellules. Chaque cellule doit veiller à ce que son ADN soit correctement dupliqué et réparti entre les cellules 'filles', ce qui implique une condensation précise des 46 chromosomes chez l’être humain. Des erreurs dans ce mécanisme peuvent entraîner de graves conséquences, notamment des cancers ou d'autres maladies graves.

Jusqu'à présent, les chercheurs n'avaient qu'une compréhension limitée des mécanismes exacts de la condensation des chromosomes. Équipés de la technologie LoopTrace, développée par des chercheurs du Laboratoire Européen de Biologie Moléculaire (EMBL), dirigé par Andreas Brunner, les scientifiques ont pu observer le processus en révélant la dynamique fascinante par laquelle l'ADN se plie et se structure.

Un rôle essentiel pour les condensines

Les condensines, des protéines complexes découvertes dans les années 1990, jouent un rôle central dans la condensation de l'ADN. En agissant comme de véritables 'mains moléculaires', elles saisissent et repliquent l'ADN pour former des boucles, jusqu'à construire l'architecture unique des chromosomes. Les recherches antérieures à l'EMBL avaient également mis en lumière la complexité du rôle de ces protéines dans le partage efficace de l'information génétique.

Cependant, ce mécanisme de condensation n'est pas sans risque. Certaines mutations des condensines peuvent compromettre leur fonctionnement, provoquant des erreurs dans la ségrégation chromosomique. Ces erreurs peuvent résulter en mort cellulaire ou en développement tumoral, conduisant à des maladies génétiques rares, désignées sous le terme de 'condensinopathies', encore peu traité dans la littérature scientifique.

Une innovation pour observer l’ADN

Les méthodes d'observation de l'ADN ont longtemps été limitées par leur nature intrusive, perturbant la structure moléculaire de l'ADN. Andreas Brunner a noté qu'il était crucial d'observer le processus d'enroulement de l'ADN à une échelle cellulaire. Ainsi, la nouvelle méthode LoopTrace a été développée pour extraire l'ADN avec une extrême délicatesse, évitant de le dénaturer. Grâce à cette approche, les chercheurs ont observé, pour la première fois, les transformations dynamiques de l'ADN au cours de la division cellulaire.

En utilisant des marqueurs spécifiques, ils ont réussi à cartographier la formation des boucles et des replis chromosomiques à l'échelle nanométrique. Kai Beckwith a expliqué qu'ils ont réussi à capturer le moment précis où les chromosomes commencent leur reconfiguration. Ce moment est essentiel pour comprendre comment les condensines orchestrent le pliage délicat et précis de l'ADN.

Leurs résultats indiquent un processus en deux étapes : la formation de grandes boucles stables, suivie de la subdivision en boucles plus petites et transitoires qui interagissent en se repoussant, optimisant ainsi la structure des chromosomes.

Des implications pour la biologie cellulaire

Pour valider leurs hypothèses, les chercheurs ont élaboré un modèle informatique basé sur ces principes. Les résultats, publiés dans la revue Cell, confirment que ces mécanismes expliquent efficacement la forme typique des chromosomes. Beckwith a souligné que les boucles induites par les condensines sont beaucoup plus grandes que ce que l’on imaginait, et leur chevauchement est essentiel pour reproduire fidèlement la structure des chromosomes lors de la division cellulaire.

L'équipe de l'EMBL prévoit de poursuivre ses recherches en se concentrant sur l'influence d'autres molécules sur la condensation de l'ADN, marquant ainsi un tournant potentiel dans la compréhension des processus biologiques fondamentaux et de leurs implications pour la santé humaine.