Les biologistes construisent un « tableau périodique » pour le noyau d’une cellule

Il y a cent cinquante ans, Dmitri Mendeleev a créé le tableau périodique, un système de classification des atomes en fonction des propriétés de leurs noyaux. Cette semaine, une équipe de biologistes étudiant l’arbre de vie a dévoilé un nouveau système de classification du noyau cellulaire et a découvert un moyen de convertir un type de noyau cellulaire en un autre.

L’étude, publiée cette semaine dans la revue La science, De plusieurs efforts séparés. L’un d’eux est centré sur le DNA Zoo, un consortium international qui couvre des dizaines d’établissements, dont le Baylor College of Medicine et le Centre de biophysique théorique (CTBP) de la Rice University, de l’Université d’Australie occidentale et de SeaWorld, soutenu par la National Science Foundation.

L’équipe de scientifiques du zoo de l’ADN a travaillé ensemble pour classer comment les chromosomes, qui peuvent atteindre plusieurs mètres de long, se replient pour s’adapter aux noyaux de différents types de l’arbre de la vie.

Le Dr Olga Dudchenko, co-premier auteur de la nouvelle étude et membre du Center for Genomic Engineering et du CTBP de Baylor, a déclaré.

En fin de compte, l’équipe a réalisé qu’elle ne voyait que des variantes dans deux conceptions nucléaires complètes. «Chez certaines espèces, les chromosomes sont organisés comme les pages d’un journal imprimé, avec les marges extérieures d’un côté et le milieu plié de l’autre», explique Dodchenko, également codirecteur du DNA Zoo. « Ensuite, chez d’autres espèces, chaque chromosome se fracture en une petite boule. »

Le Dr Erez Lieberman Aiden, professeur agrégé de sciences moléculaires W. a déclaré Génétique humaine Et McNair, chercheur émérite à Baylor, codirecteur du DNA Zoo et auteur principal de la nouvelle étude. « Les données indiquent qu’au cours de l’évolution, une espèce peut basculer d’une espèce à l’autre. Nous avons demandé: quel est le mécanisme de contrôle? Est-il possible de changer un type de noyau en un autre en laboratoire? » Aiden est également directeur du Center for Genomics Engineering et chercheur principal au CTBP.

Pendant ce temps, une équipe indépendante aux Pays-Bas a découvert quelque chose d’inattendu. «J’ai expérimenté une protéine appelée Condensine II, dont nous avons appris qu’elle joue un rôle dans la division des cellules», a déclaré Claire Honkamp, ​​co-première auteur de l’étude et membre du laboratoire du Dr Benjamin Rowland aux Pays-Bas, Cancer . Institut. « Mais nous avons remarqué la chose la plus étrange: lorsque nous transformons la protéine en cellules humaines, les chromosomes les réorganisaient complètement. C’était déconcertant! »

Les deux équipes se sont rencontrées lors d’une conférence dans les montagnes autrichiennes, où Roland a présenté ses derniers travaux de laboratoire. Bientôt, ils se rendirent compte que Hoencamp avait trouvé un moyen de convertir les cellules humaines d’un type nucléaire à un autre.

«Lorsque nous avons examiné les génomes étudiés dans le zoo de l’ADN, nous avons découvert que l’évolution avait déjà effectué notre expérience à plusieurs reprises!», A déclaré Roland, l’auteur principal de l’étude. «C’est toujours décevant d’obtenir une expérience, mais l’évolution a eu un très long début.

L’équipe a décidé de travailler ensemble pour confirmer le rôle de la condensine II. Mais ensuite, la pandémie COVID-19 a frappé et la majeure partie du monde a fermé ses portes.

« Sans accès à nos laboratoires, il ne nous restait plus qu’un seul moyen de déterminer ce que faisait le deuxième complexe », a déclaré Huenkamp. « Nous devions créer un programme informatique capable de simuler les effets du deuxième condensateur sur la chaîne de centaines de millions de lettres génétiques qui composent chaque chromosome humain. »

L’équipe a fait appel au Dr José Onucic, au président Harry C. et Olga K. Weiss Physics chez Rice. «Nos simulations ont montré qu’en détruisant le condensateur 2, vous pouvez réaligner un noyau humain pour qu’il ressemble au noyau d’une mouche», a déclaré Onochik, codirecteur du CTBP, qui comprend des collaborateurs à Rice, Baylor, Northeastern University et d’autres institutions à Houston et Boston. .

Les simulations ont été réalisées par une équipe du laboratoire Onuchic du CTBP, dirigée par un chercheur postdoctoral et premier co-auteur, le Dr Sumitabha Brahmachari, qui travaille avec le Dr Vinicius Contesuto, ancien chercheur postdoctoral au CTBP, et le Dr Michael De Piero, chercheur principal du CTBP. et professeur adjoint à la Northeastern University.

« Nous avons commencé par une enquête incroyablement large sur deux milliards d’années de développement nucléaire », a déclaré Brahmachari. «Et nous avons constaté que beaucoup de choses se résument à un mécanisme simple, que nous pouvons simuler et également récapituler, seuls, dans un tube à essai. C’est une étape passionnante sur la voie d’un nouveau type d’ingénierie du génome – la 3D!»