Des recherches menées à l'Université de York ont ​​révélé que les gènes sont contrôlés par des « nano footballs » - des structures qui ressemblent à des ballons de football mais 10 millions de fois plus petites qu'un ballon moyen.

En plaçant de minuscules sondes lumineuses sur des facteurs de transcription - des produits chimiques spéciaux à l'intérieur des cellules qui contrôlent si un gène est activé ou désactivé - les chercheurs ont acquis une nouvelle compréhension remarquable de la manière dont les gènes sont contrôlés.

Surtout, ils ont découvert que les facteurs de transcription n'opèrent pas comme des molécules uniques comme on le pensait auparavant, mais comme un amas sphérique ressemblant à un ballon de football d'environ sept à dix molécules d'environ 30 nanomètres de diamètre.

La découverte de ces nano-ballons n'aidera pas seulement les chercheurs à mieux comprendre le fonctionnement de base des gènes, mais peut également fournir des informations importantes sur les problèmes de santé humaine associés à une gamme de troubles génétiques différents, y compris le cancer.

La recherche, soutenu par le Conseil de recherche en biotechnologie et sciences biologiques (BBSRC) et publié dans eLife a été réalisée par des scientifiques de l'Université de York, et l'Université de Göteborg et l'Université de technologie Chalmers, Suède. Les chercheurs ont utilisé une microscopie avancée à super-résolution pour observer les nano-ballons en temps réel, utilisant le même type de cellules de levure utilisées dans la cuisson et le brassage de la bière.

Professeur Mark Leake, Chaire de physique biologique à l'Université de York qui a dirigé les travaux, dit :« Notre capacité à voir à l'intérieur des cellules vivantes, une molécule à la fois, est tout simplement époustouflant.

"Nous n'avions aucune idée que nous allions découvrir que les facteurs de transcription fonctionnaient de cette manière groupée. Les manuels suggéraient tous que des molécules uniques étaient utilisées pour activer et désactiver les gènes, pas ces nano-football fous que nous avons observés."

L'équipe pense que le processus de regroupement est dû à une stratégie ingénieuse de la cellule pour permettre aux facteurs de transcription d'atteindre leurs gènes cibles le plus rapidement possible.

Le professeur Leake a déclaré:"Nous avons découvert que la taille de ces nano-ballons correspond remarquablement aux écarts entre l'ADN lorsqu'il est écrasé à l'intérieur d'une cellule. Comme l'ADN à l'intérieur d'un noyau est vraiment comprimé, vous obtenez de petits espaces entre des brins d'ADN séparés qui sont comme le maillage d'un filet de pêche. La taille de ce maillage est très proche de la taille des nano-ballons que nous voyons.

"Cela signifie que les nano-footballs peuvent rouler le long de segments d'ADN mais ensuite sauter vers un autre segment à proximité. Cela permet au nano-football de trouver le gène spécifique qu'il contrôle beaucoup plus rapidement que si aucun nano-saut n'était possible. En d'autres termes, les cellules peuvent répondre le plus rapidement possible aux signaux de l'extérieur, ce qui est un énorme avantage dans la lutte pour la survie."

Les gènes sont fabriqués à partir de l'ADN, la soi-disant molécule de vie. Depuis la découverte que l'ADN a une forme en double hélice, réalisés dans les années 1950 par des chercheurs pionniers en biophysique, on a beaucoup appris sur les facteurs de transcription qui peuvent contrôler si un gène est activé ou désactivé. Si un gène est activé, une machinerie moléculaire spécialisée dans la cellule lit son code génétique et le convertit en une seule molécule de protéine. Des milliers de types différents de molécules de protéines peuvent alors être fabriqués, et quand ils interagissent, cela peut conduire à la construction de toutes les structures remarquables trouvées à l'intérieur des cellules vivantes.

Le processus de contrôle des gènes activés ou désactivés à un moment donné est fondamental pour toute vie. Quand ça va mal, cela peut entraîner de graves problèmes de santé. En particulier, la commutation dysfonctionnelle de gènes peut entraîner des cellules qui se développent et se divisent de manière incontrôlable, qui peut finalement conduire au cancer.

Cette nouvelle recherche pourrait aider à mieux comprendre les problèmes de santé humaine associés à une gamme de troubles génétiques différents. Les prochaines étapes consisteront à étendre cette recherche à des types de cellules plus complexes que la levure - et finalement aux cellules humaines.