L’ADN génomique humain est enroulé autour de protéines histones centrales pour former des nucléosomes, les unités fondamentales de la chromatine. Pendant l’interphase, la période entre les divisions cellulaires, l’ADN est répliqué et le noyau devient plus gros. Dans le même temps, les cellules doivent continuellement remplir des fonctions essentielles du génome telles que la transcription, la réplication de l’ADN et la réparation de l’ADN. La manière dont le comportement de l’ADN génomique est maintenu au cours de ces changements importants reste floue.
Une équipe de recherche dirigée par le professeur Kazuhiro Maeshima de l’Institut national de génétique (NIG) et de SOKENDAI, au Japon, a montré que le mouvement local moyen de l’ADN reste presque constant tout au long de l’interphase dans les cellules humaines vivantes. Surtout, les chercheurs ont également découvert que ce mouvement n’est pas seulement constant : il peut augmenter en réponse à des perturbations cellulaires telles que l’inhibition de la transcription, le stress de réplication et les dommages à l’ADN.
Dans une étude précédente, l’équipe a montré en utilisant des cellules humaines synchronisées que le mouvement local de la chromatine restait presque constant tout au long des phases G1, S et G2 (Iida et al., Science Advances, 2022 ; https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abn5626). La présente étude a testé si ce comportement est également observé dans des cellules à croissance asynchrone sans synchronisation induite par un médicament.
Pour étudier le mouvement de l’ADN au cours du cycle cellulaire dans des conditions physiologiques, les chercheurs ont combiné l’imagerie d’un seul nucléosome avec des indicateurs fluorescents du cycle cellulaire appelés sondes Fucci. Les sondes Fucci changent de couleur fluorescente en fonction de la progression du cycle cellulaire, permettant aux chercheurs d’identifier le stade du cycle cellulaire de cellules vivantes individuelles sans recourir à des traitements médicamenteux prolongés pour les synchroniser.
En marquant l’histone centrale H2B avec HaloTag, qui peut marquer l’ADN en vrac, les chercheurs ont pu visualiser et suivre les nucléosomes individuels dans les cellules humaines vivantes. Ils ont ensuite combiné ces mesures avec les signaux de Fucci pour déterminer comment le mouvement local des nucléosomes change à mesure que les cellules progressent de la phase G1 à la phase S à G2. En utilisant des cellules en croissance asynchrone, l’équipe a découvert que le mouvement local moyen des nucléosomes restait presque constant tout au long de l’interphase. Cela signifie que le mouvement local moyen de l’ADN est resté presque constant tout au long de l’interphase.
Cette stabilité est remarquable car des changements physiques majeurs se produisent au cours de la même période. À mesure que l’ADN génomique double, le volume nucléaire augmente considérablement. Néanmoins, le mouvement local de l’ADN est maintenu à un niveau moyen similaire.
Les chercheurs ont ensuite examiné les nucléosomes contenant la variante d’histone H3.3, enrichie en chromatine active, ou euchromatine. Les nucléosomes H3.3-HaloTag ont montré un mouvement plus important que les nucléosomes H2B-HaloTag en vrac, mais ce niveau de mouvement plus élevé est également resté presque constant tout au long de l’interphase. Ces résultats suggèrent que différents environnements chromatiniens conservent des niveaux caractéristiques de mouvement local à mesure que le cycle cellulaire progresse.
« Nos résultats montrent que le mouvement local de l’ADN est maintenu à un niveau étonnamment similaire même lorsque l’ADN est dupliqué et que le noyau se développe », a déclaré Yu Nagata. « Ce mouvement quasi constant peut fournir des conditions physiques similaires pour les fonctions d’entretien du génome tout au long de l’interphase. »
L’équipe a également demandé si ce mouvement stable pouvait être modifié lorsque les cellules étaient confrontées à des conditions différentes. L’inhibition de la transcription a augmenté le mouvement des nucléosomes tout au long de l’interphase. Le stress de réplication induit par l’hydroxyurée et les dommages à l’ADN induits par le cisplatine ont également augmenté le mouvement moyen des nucléosomes.
Les cellules semblent maintenir le mouvement local de l’ADN à un niveau stable pour les tâches ménagères de routine, mais elles peuvent modifier ce mouvement si nécessaire. Par exemple, le mouvement accru de l’ADN après des dommages à l’ADN peut aider les cellules à effectuer des tâches ponctuelles telles que le recrutement de facteurs de réparation de l’ADN. »
Professeur Kazuhiro Maeshima, Institut national de génétique (NIG) et SOKENDAI, Japon
