Les chercheurs ont découvert comment des protéines spécifiques dans les chromosomes des vers ronds permettent à leur progéniture de produire des cellules spécialisées des générations plus tard, une découverte surprenante qui bouleverse la pensée classique selon laquelle les informations héréditaires pour la différenciation cellulaire sont principalement ancrées dans l’ADN et d’autres facteurs génétiques.
L’équipe de l’Université Johns Hopkins rapporte pour la première fois les mécanismes par lesquels une protéine connue sous le nom d’histone H3 contrôle quand et comment les embryons de vers produisent à la fois des cellules hautement spécifiques et des cellules pluripotentes, des cellules qui peuvent activer et désactiver certains gènes pour produire différents types de corps. tissu. Les détails sont publiés aujourd’hui dans Avancées scientifiques.
La nouvelle recherche pourrait faire la lumière sur la façon dont les mutations associées à ces protéines influencent diverses maladies. Chez les enfants et les jeunes adultes, par exemple, l’histone H3 est étroitement associée à divers cancers.
Ces mutations sont très répandues dans différents cancers, donc comprendre leur rôle normal dans la régulation du destin cellulaire et potentiellement la différenciation des tissus peut nous aider à comprendre pourquoi certaines d’entre elles sont plus répandues dans certaines maladies. Les histones que nous examinons font partie des protéines les plus mutées dans le cancer et d’autres maladies. »
Ryan J. Gleason, auteur principal, boursier postdoctoral en biologie à Johns Hopkins
Les histones sont les éléments constitutifs de la chromatine, le support structurel des chromosomes dans le noyau d’une cellule. Alors que l’histone H3 est particulièrement abondante dans les organismes multicellulaires tels que les plantes et les animaux, les organismes unicellulaires regorgent d’une variante presque identique de H3. C’est pourquoi les scientifiques pensent que la différence dans les rations de H3 et de sa variante contient des indices cruciaux dans le mystère de la polyvalence des cellules pluripotentes au cours du développement précoce.
Les chercheurs ont révélé que, comme C. elegans les embryons d’ascaris se sont développés, augmentant les niveaux de H3 dans leurs systèmes, limitant le potentiel ou la « plasticité » de leurs cellules pluripotentes. Lorsque l’équipe a modifié le génome du ver pour réduire la quantité de H3, elle a réussi à prolonger la fenêtre de temps pour la pluripotence qui est normalement perdue chez les embryons plus âgés.
« Au fur et à mesure que les cellules se différencient, vous commencez à exprimer une histone H3 au centuple à cette période, ce qui coïncide avec cette régulation spécifique à la lignée », a déclaré Gleason. « Lorsque vous réduisez la quantité de H3 au cours de l’embryogenèse, nous avons pu modifier la voie normale de développement pour adopter des voies alternatives de destin cellulaire. »
Dans les cellules pluripotentes, les histones aident à activer et désactiver certains gènes pour s’engager dans des types de cellules spécifiques, qu’il s’agisse de neurones, de muscles ou d’autres tissus. Hautement régulés par les histones, les gènes agissent comme une voix qui indique aux cellules comment se développer. Le degré de silence ou de bruit d’un gène détermine le destin d’une cellule.
Les nouvelles découvertes proviennent de la technique d’édition de gènes CRISPR, qui a aidé l’équipe à suivre le rôle joué par les deux histones lors du développement de la progéniture du ver. CRISPR a rendu beaucoup plus facile pour les scientifiques au cours de la dernière décennie d’étudier les rouages de l’évolution du matériel génétique et de repérer ce que cela fait aux traits des animaux, des plantes et des microbes, a déclaré Gleason.
Même si le C. elegans l’ascaride donne un aperçu plus précis de la façon dont ces cellules pluripotentes évoluent, des recherches supplémentaires sont nécessaires pour se concentrer sur la façon dont les histones pourraient également sous-tendre l’embryogenèse chez l’homme et les animaux composés de centaines de types de cellules, a déclaré Xin Chen, professeur de biologie à Johns Hopkins et co-chercheur .
« Même si nous utilisons ce petit ver pour faire ces découvertes, cette découverte ne devrait pas être spécifique à un seul animal », a déclaré Chen. « Il est difficile d’imaginer que les résultats ne seront applicables qu’à une seule histone ou à un seul animal, mais, bien sûr, des recherches supplémentaires doivent être menées. »
L’équipe comprend Yanrui Guo de Johns Hopkins, Christopher S. Semancik de l’Université Tufts, Cindy Ow de l’Université de Californie à San Francisco et Gitanjali Lakshminarayanan du Dana-Farber Cancer Institute.
