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Parutions

 

Orchestration de la dynamique tridimensionnelle des chromosomes lors du cycle cellulaire

 

A chaque division cellulaire, le patrimoine génétique contenu dans les chromosomes doit être dupliqué et ségrégé dans les cellules filles. Ces processus sont accompagnés de modifications structurales, régulées par des protéines conservées chez la plupart des organismes vivants. Des chercheurs de l’équipe Régulation spatiale des génomes à l’Institut Pasteur et du laboratoire de Physique théorique de la matière condensée à l’Université P. et M. Curie, ont suivi les transitions structurales des 16 chromosomes du génome de levure au cours du cycle cellulaire en étudiant leur organisation tridimensionnelle dans des populations synchronisées et/ou mutantes. Cette étude qui révèle en outre un possible nouveau mécanisme facilitant la ségrégation des chromosomes, a été publiée le 20 juillet 2017 dans la revue EMBO Journal.


La duplication et la ségrégation des chromosomes impliquent une réorganisation dynamique de leur structure par les complexes protéiques de maintenance de la structure des chromosomes (SMC), conservés chez les eucaryotes comme chez les procaryotes. Les chercheurs ont réussi à suivre ces changements structuraux à l’échelle du génome en utilisant la capture de conformation de chromosomes (Hi-C) sur des populations de cellules préalablement synchronisées. Cette technique consiste à « geler », grâce à un agent fixateur, les structures 3D de tous les ADN présents dans chaque noyau. Les fréquences de contacts entre toutes les positions le long de ces molécules d’ADN sont alors quantifiées par séquençage haut débit. Une carte de contacts entre toutes les positions d’un génome peut alors être générée, reflétant la structure 3D moyenne des chromosomes dans la condition étudiée. En utilisant des mutants, les chercheurs ont ainsi pu observer, à l’échelle du génome, le rôle des SMC dans la réorganisation structurelle de ce dernier au cours du cycle.

Durant la réplication, un chromosome est dupliqué en deux chromatides sœurs. En combinant les structures Hi-C au profil temporel de réplication, les chercheurs ont pu générer pour la première fois une carte de réplication tridimensionnelle qui illustre le programme spatio-temporel de duplication du génome. La structure obtenue montre l’établissement dans l’espace nucléaire d’une vague coordonnée de réplication, débutant au niveau des centromères co-localisés pour finir, plus tardivement, au niveau des télomères (Fig. A). Lors de la réplication, les chromatides sœurs demeurent appariées et sont condensées par le complexe SMC cohésine, ce qui conduit à l’individualisation des chromosomes les uns par rapport aux autres. A la suite de la réplication, les cellules entrent en mitose et se divisent. Les chromosomes lors de cette phase sont séparés par des forces mécaniques exercées par les microtubules du fuseau mitotique. La synchronisation des cellules en anaphase, lorsque les chromatides sœurs sont séparées dans les deux cellules filles, a révélé des chromosomes sous une tension due aux forces mécaniques générées notamment par le faisceau de microtubules. De plus, les contacts ont mis en évidence une boucle de chromatine reliant les centromères des chromosomes et le locus contenant les gènes codant les ribosomes qui se trouvent au milieu du grand bras du chromosome 12. Cette boucle de chromatine est dépendante de l’action des SMC condensines, et suggère que ce complexe, jusqu’alors connu pour faciliter la condensation des chromatides sœurs individualisées, pourrait ainsi participer plus activement à la ségrégation de certains chromosomes, en soutien à l’action du faisceau de microtubules (Fig B).

 

Figure : (A) Superposition de 3 représentations 3D du génome de levure au cours de la réplication de l'ADN. Le gradient de couleur illustre la progression temporelle de la réplication des télomères aux centromères. (B) Illustration de l’organisation des chromosomes en mitose. Deux structures (identiques) tirées des données de Hi-C sont disposées en miroir l’une de l’autre, reflétant la ségrégation des deux jeux de chromosomes en anaphase. En haut, les centromères sont ségrégés dans les noyaux des cellules filles en début d’anaphase. Dans le panneau du bas, l'ADN ribosomique qui se trouve sur le chromosome 12 (en orange) est ensuite tiré en anaphase plus tardive vers chaque foyer de centromères par les condensines. Ce processus conduit à la formation d'une boucle de chromatine sur le grand bras du chromosome 12 (flèche).

© Romain Koszul, Julien Mozziconacci

 

 

En savoir plus

Contacts chercheurs

  • Romain Koszul


    Régulation spatiale des génomes
    CNRS UMR 3525, Institut Pasteur
    Département de Génomes et Génétique
    28 rue du Dr. Roux
    75724 Paris Cedex 15

     

    01 40 61 33 25

     

  • Julien Mozziconacci

Laboratoire de Physique Théorique de la Matière Condensée
CNRS UMR 7600 – Université P. et M. Curie
4 place Jussieu
75252 Paris cedex 05
01 44 27 45 40

 

Mise en ligne le 28 août 2017
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