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Des interactions rares mais très spécifiques façonnent la structure de l'ADN

 

Il y a moins de 5 ans, un nouveau niveau d'organisation structurale de l'ADN a été démontré, jouant un rôle clé dans la régulation de plusieurs activités cellulaires et pouvant mener, s'il est altéré, à des pathologies graves. La manière dont les différents éléments de l'ADN interagissent pour donner naissance à ces structures était jusqu'à présent difficile à observer et à quantifier. L'équipe de Marcelo Nollmann au Centre de biochimie structurale démontre que la fréquence d'interaction entre ces régions d'ADN change entre différents types de cellules. Bien que rares, ces changements subtils d'une cellule à l'autre peuvent être d'une importance fondamentale pour la structure de la chromatine, le développement des organismes et dans l'apparition d'éventuelles altérations pathologiques. Ces travaux ont été publiés le 24 novembre 2017 dans la revue Nature Communications.

 

L'organisation de l'ADN dans l'espace tridimensionnel du noyau cellulaire détermine la régulation de la plupart des activités cellulaires. Depuis quelques années, un nouveau niveau d'organisation a été découvert et son rôle dans différentes pathologies a confirmé son importance critique. Ce niveau d'organisation découle de l'interaction préférentielle entre certaines parties de l'ADN et de l'exclusion des autres. Les mécanismes qui régissent l'assemblage de ces structures étaient encore peu compris.

Les chercheurs du Centre de biochimie structurale ont marqué des dizaines de régions spécifiques de l'ADN et quantifié leur fréquence d'interaction en utilisant la microscopie tridimensionnelle de super-résolution. Ils ont étudié des centaines de cellules embryonnaires de drosophile dans différents états de développement et constaté que la fréquence de chacun de ces contacts change en fonction du type de cellule et de son état métabolique. Suite à ce résultat, ils ont évalué si ces changements dans la fréquence d'interaction se reflétaient à une plus grande échelle d'organisation de l'ADN en étiquetant des marqueurs épigénétiques d’ADN actif et inactif avec des molécules fluorescentes.

En analysant des molécules uniques, les chercheurs ont découvert que l'ADN forme des nano-compartiments de caractéristiques distinctes selon que la chromatine est active ou inactive (Figure) et que le nombre et la taille de ces compartiments changent entre différents types cellulaires. Ces résultats confirment la relation étroite entre les différents niveaux d'organisation de l'ADN. Ils montrent que la régulation de la fréquence d'interaction entre régions spécifiques joue un rôle clé dans l'organisation de la chromatine à plusieurs échelles. D'autres études pourraient révéler comment des modifications de ces interactions pourraient créer des manifestations pathologiques dans la cellule et affecter également le développement d'un organisme complet au cours de l'embryogenèse.

 

Figure : Image en super-résolution de la distribution des marques épigénétiques dans une cellule embryonnaire de drosophile. En utilisant une technique de microscopie capable de détecter des molécules uniques, il est possible d'observer l'organisation de l'ADN dans des compartiments actifs et inactifs de caractéristiques différentes (à gauche). L'analyse des images assistée par ordinateur permet d'obtenir des informations quantitatives sur le nombre de molécules composant chaque compartiment, la taille de ces compartiments et leur nombre total par cellule individuelle (à droite).

© Marcelo Nollmann

 

 

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Contact chercheur

  • Marcelo Nollmann

    Centre de Biochimie Structurale

    CNRS UMR 5048 - INSERM U 1054 – Université de Montpellier

    29 rue de Navacelles

    34090 Montpellier

    04 67 41 79 04

 

Mise en ligne le 9 janvier 2018

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