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Repousser les frontières: un nouvel éclairage sur le fonctionnement des gènes

Le prix Nobel de chimie 2017 a récompensé des travaux ayant permis de visualiser la structure atomique des cellules. Ces méthodes de plus en plus puissantes nous permettent de mieux comprendre la façon dont nous sommes construits. Aujourd'hui, l'utilisation d'une microscopie avancée en très haute résolution révèle les mécanismes de la relation entre les gènes et les mécanismes qui les contrôlent.
Repousser les frontières: un nouvel éclairage sur le fonctionnement des gènes
Les cellules répondent à leur environnement par la régulation de l'expression des gènes, qui met en œuvre les facteurs de transcription des protéines. La transcription, qui est le mécanisme contrôlant l'expression des gènes, est régulée par les facteurs de liaison aux promoteurs des gènes, qui les poussent à activer ou réprimer cette expression. Même s'ils sont essentiels pour comprendre comment les gènes sont contrôlés, les mécanismes permettant à ces facteurs de trouver leurs cibles restent inexpliqués. Une microscopie avancée à très forte résolution montre que nos gènes sont contrôlés par des groupes de composés chimiques formant des «nano ballons de football». Il est ainsi possible d'étudier ce que les chercheurs appellent «l'aspect nouveau et inexploré de la régulation des gènes», grâce à des technologies disponibles depuis peu.

Des chercheurs de l'Université de York, dont deux ont reçu le soutien du projet ISOLATE, financé par l'UE, viennent juste de publier un article intitulé «Transcription factor clusters regulate genes in eukaryotic cells». Ils y décrivent leur découverte qui, selon eux, répond à la question longtemps sans réponse sur la façon dont les facteurs de transcription trouvent leurs cibles de façon efficace. En utilisant la microscopie par fluorescence à molécule unique, l'équipe a pu observer l'intérieur des cellules, molécule par molécule, une prouesse qualifiée de «stupéfiante» par le chercheur principal Mark Leake, titulaire de la chaire de physique biologique de l'Université de York.

L'équipe estime que le processus de regroupement est dû à une stratégie ingénieuse utilisée par la cellule pour que les facteurs de transcription atteignent aussi vite que possible leurs gènes cibles. Ils pensent que le fait que la taille de ces nano ballons de football corresponde aux intervalles entre l'ADN lorsqu'il est étroitement replié dans une cellule est tout sauf une coïncidence. L'ADN est comprimé dans les cellules, ce qui laisse de petits intervalles entre les brins et produit une structure semblable aux mailles d'un filet de pêche. La taille des mailles est très proche de celle des nano ballons de football identifiés par les chercheurs.

Le professeur Leake a déclaré à Science Daily que «Cela signifie que les nano ballons de football peuvent rouler sur les segments d'ADN et sauter ensuite vers un autre segment voisin. Le 'ballon' peut ainsi trouver le gène qu'il contrôle, beaucoup plus rapidement que si ces nano sauts étaient impossibles. En d'autres termes, les cellules peuvent répondre aussi vite que possible aux signaux provenant de l'extérieur, ce qui est un avantage majeur dans la lutte pour la survie.»

Les chercheurs espèrent que leurs découverte auront des implications mécanistiques importantes pour comprendre les plaques amyloïdes associées aux troubles neurodégénératifs, dont les maladies d'Alzheimer et de Parkinson. Une meilleure connaissance du mécanisme de regroupement serait non seulement précieuse pour comprendre ces maladies, mais également pour élaborer de nouvelles applications de biologie synthétique visant à fabriquer des circuits de gènes avec, par exemple, des temps de réponse personnalisés.

ISOLATE (Developing single cell technologies for systems biology) était un Réseau de formation initiale qui impliquait onze stagiaires dans un programme comportant de la microtechnologie de pointe, de la bioingénierie, de la biophysique, de la chimie analytique, de la biochimie et de la biologie des systèmes.

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Source: D'après des informations communiquées par le projet et des communiqués de presse

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