Ces images 3D sont notre tout premier regard sur la façon dont l’ADN se forme à l’intérieur des cellules

Pour la première fois, des scientifiques ont pu modéliser la structure physique des génomes de mammifères à partir de cellules individuelles, ce qui nous donne une perspective 3D unique sur la façon dont l’ADN s’organise à l’intérieur de nos cellules.

Grâce à cette nouvelle technique, les scientifiques peuvent voir comment la disposition des chromosomes cellulaires (brins d’ADN) est conçue pour que certaines cellules restent actives ou inactives à un moment donné.

La procédure, qui a été menée jusqu’à présent sur des cellules de souris, pourrait nous aider à mieux comprendre comment les animaux grandissent, ainsi que la manière dont un dysfonctionnement cellulaire peut entraîner une maladie.

“Savoir où se trouvent tous les gènes et les éléments de contrôle à un moment donné nous aidera à comprendre les mécanismes moléculaires qui contrôlent et maintiennent leur expression”, explique l’un des chercheurs, Ernest Laue, de l’université de Cambridge, au Royaume-Uni.

Le génome peut être considéré comme le plan de notre corps, mais différentes parties de ce plan sont utilisées à différents moments, et la structure des cellules pourrait être cruciale pour l’organisation de ce processus.

Si l’on considère que les cellules humaines contiennent près de 2 mètres d’ADN dans un noyau d’une largeur de 0,005 millimètre (0,0002 pouce), ce type d’emballage doit être très précis.

Dans leur étude, les scientifiques se sont penchés sur les cellules souches embryonnaires de souris – les cellules dites maîtresses qui peuvent être transformées en tout autre type de cellule.

Ils ont étudié les images haute résolution de huit génomes cellulaires à l’aide d’une méthode analytique appelée Hi-C, dans laquelle la structure du génome peut être calculée grâce au positionnement de son ADN.

Bien que l’équipe n’ait capturé qu’entre 1,2 et 4,1 % du nombre possible de jonctions d’ADN à l’intérieur du noyau, elle a pu, grâce aux images à haute résolution, assembler des structures en 3D à partir des données et vérifier quels gènes étaient actifs et lesquels ne l’étaient pas.

Cette technique donne aux scientifiques un nouvel aperçu de la manière dont les génomes à l’intérieur des cellules des mammifères sont assemblés, et de la façon dont cet assemblage affecte leur fonction.

L’équipe a produit deux vidéos montrant l’aspect des structures 3D. Dans la première (vue ci-dessus), 20 chromosomes distincts sont colorés différemment et nous pouvons voir comment ils s’assemblent à l’intérieur de la cellule.

Dans la seconde vidéo, les régions des chromosomes où les gènes sont actifs sont colorées en bleu, tandis que les segments jaunes indiquent les gènes moins actifs qui interagissent avec la structure du noyau lui-même :

“La visualisation d’un génome en 3D à un niveau de détail sans précédent constitue une avancée passionnante pour la recherche, qui a nécessité de nombreuses années de travail”, a déclaré le chercheur en sciences moléculaires Tom Collins, du Wellcome Trust (Royaume-Uni), qui n’a pas participé à cette étude.

Selon Tom Collins, les études futures pourraient maintenant porter sur la façon dont les chromosomes interagissent entre eux et sur la façon dont la structure de l’ADN influence l’activation ou la désactivation de certains gènes.

“Si nous pouvons appliquer cette méthode à des cellules dont le génome est anormal, comme les cellules cancéreuses, nous pourrons peut-être mieux comprendre ce qui ne va pas pour provoquer la maladie et comment nous pourrions développer des solutions pour y remédier.”

Les travaux de recherche ont été publiés dans la revue Nature.