Au lycée, on nous apprend que dans le noyau de chaque cellule, les molécules d’ADN sont serrées autour de protéines appelées histones pour former nos chromosomes.
Mais de nouvelles recherches ont montré que les chromosomes ne se limitent pas aux quelque 25 000 gènes qu’ils contiennent. Les scientifiques ont découvert qu’une mystérieuse structure “en gaine” représente jusqu’à 47 % de chaque chromosome.
Depuis plus d’un siècle, notre compréhension des chromosomes repose sur l’hypothèse qu’ils sont constitués d’un complexe d’ADN et de protéines histones appelé chromatine, formé dans le noyau de chaque cellule.
Depuis leur découverte en 1882, les chromosomes ont fait l’objet d’études intenses, mais les détails de leur structure interne nous ont échappé, en grande partie parce que les chromosomes sont totalement invisibles dans le noyau de la cellule – sauf si celle-ci se divise.
Lorsqu’une cellule se divise par méiose ou mitose, la chromatine à l’intérieur se resserre, ce qui rend les chromosomes “super enroulés” et visibles au microscope.
La plupart des connaissances des chercheurs sur les chromosomes ont été découvertes en observant les chromosomes pendant la division cellulaire, mais comme nous ne pouvons les observer que dans certaines conditions, nous avons travaillé avec une image incomplète de ce à quoi ressemble réellement un chromosome.
Pour améliorer notre capacité à visualiser les structures internes des chromosomes, des chercheurs de l’université d’Édimbourg, en Écosse, ont mis au point une nouvelle méthode appelée 3D-CLEM, qui associe la microscopie optique et électronique à un logiciel de modélisation informatique pour produire les premières images tridimensionnelles haute résolution des 46 chromosomes humains.
Après avoir modélisé la longueur, la largeur, la surface, le volume et la densité d’emballage de l’ADN de tous les chromosomes humains normaux, ils ont fait une découverte qui pourrait avoir de grandes conséquences sur notre compréhension fondamentale de la structure interne d’un chromosome.
“Définir la structure des 46 chromosomes humains pour la première fois nous a obligés à reconsidérer l’idée qu’ils sont composés presque exclusivement de chromatine – une hypothèse qui n’a pratiquement pas été remise en question pendant près de 100 ans”, explique l’un des membres de l’équipe, le biologiste Daniel Booth.
Dans leur analyse, Booth et son équipe ont découvert que la chromatine ne représentait qu’entre 53 et 70 % du contenu total des chromosomes.
Une structure appelée “périphérie des chromosomes” – dont les chercheurs ont eu des aperçus par le passé, mais sans pouvoir en connaître l’étendue – représentait les 30 à 47 % restants des 46 chromosomes.
Cela signifie que pour un chromosome donné, l’ADN et les protéines qui le soutiennent pourraient ne représenter que la moitié du contenu total.
“Cette première application de l’analyse 3D-CLEM a abouti à la conclusion remarquable et surprenante qu’un très grand pourcentage du volume total des chromosomes mitotiques n’est pas composé de chromatine, mais se trouve plutôt dans le compartiment périphérique”, indiquent-ils dans leur article.
À ce stade, la fonction de cette structure n’est pas claire, mais les chercheurs pensent qu’elle pourrait agir comme une sorte de “gaine”, gardant les chromosomes isolés les uns des autres pendant la division cellulaire.
Cette hypothèse est étayée par des recherches antérieures indiquant que la structure est au moins partiellement formée par la protéine Ki-67, un marqueur de prolifération cellulaire qui se lie à la surface des chromosomes pour maintenir les chromatides sœurs séparées.
S’il s’agit réellement de la fonction de la gaine chromosomique, cela signifie que la structure joue un rôle crucial dans la prévention des erreurs qui se produisent lors de la division des cellules, ce qui peut entraîner des anomalies congénitales et diverses formes de cancer.
Outre sa fonction, nous ignorons encore beaucoup de choses sur cette mystérieuse structure : nous ne savons pas si elle agit comme un film liquide ou solide, et nous ne savons pas comment elle influence les changements structurels de la chromatine pendant la division cellulaire.
Il semble donc que l’on doive retourner à la planche à dessin pour l’un des constituants les plus fondamentaux d’une cellule vivante.
Comme le dit l’un des membres de l’équipe, Bill Earnshaw : “Nous devons maintenant repenser la manière dont les chromosomes sont construits et dont ils se séparent lorsque les cellules se divisent, puisque le matériel génétique est recouvert de cette épaisse couche d’autre matériel.”
Les recherches ont été publiées dans Molecular Cell.