Chacune de vos cellules contient deux copies de 23 chromosomes, l'un hérité de votre père et l'autre de votre mère. Théoriquement, lorsque vous créez un gamète - un spermatozoïde ou un ovule - chaque copie a une chance de 50-50 d'être transmise. Mais la réalité n'est pas si tranchée.

Les scientifiques ont observé que les chromosomes peuvent « tricher, " biaisant la chance qu'ils en fassent une cellule sexuelle. Maintenant, une équipe de l'Université de Pennsylvanie a montré comment ce biais apparaît dans les cellules féminines. Avec une observation attentive et des expériences avec des ovocytes de souris, les précurseurs des œufs, ils ont détecté des signaux moléculaires qui créent une asymétrie dans la machinerie qui entraîne la méiose, le processus de division cellulaire qui donne naissance aux gamètes. Certains chromosomes, les chercheurs ont trouvé, exploitent cette asymétrie pour se déplacer vers le côté "droit" d'une cellule pendant la division et se retrouver dans l'œuf.

En mettant en lumière une facette commune mais mal comprise de la méiose, les résultats peuvent conduire à une meilleure compréhension générale de la méiose, y compris comment et pourquoi des erreurs peuvent survenir. Les erreurs dans la façon dont les chromosomes se séparent en gamètes pendant la méiose sont à l'origine de certaines fausses couches et affections telles que le syndrome de Down.

"Si nous comprenons comment ces éléments égoïstes exploitent les mécanismes de la méiose, alors nous comprendrons plus profondément comment ce processus fonctionne en premier lieu, " a déclaré Michael Lampson, professeur agrégé de biologie à la Penn's School of Arts and Sciences et auteur principal de l'étude.

Lampson a fait équipe avec les membres du laboratoire Takashi Akera, Lukáš Chmátal, Emily Trimm et Karren Yang, ainsi que Richard M. Schultz, le professeur distingué de biologie Charles et William L. Day; David Chenoweth, professeur agrégé au Département de chimie; Chanat Aonbangkhen, membre du laboratoire de Chenoweth; et Carsten Janke de l'Institut Curie de France. Leur étude paraît dans la revue Science .

Depuis des décennies, les scientifiques ont été conscients que les éléments génétiques semblaient entrer en compétition pendant la méiose, car certains ont été transmis aux gamètes à un taux systématiquement plus élevé que le hasard ne le dicterait. Le terme pour cette transmission biaisée est « pulsion méiotique ».

"Habituellement, nous pensons aux gènes égoïstes au niveau de la sélection naturelle et de la sélection du plus apte, " a déclaré Lampson. " Cela pourrait signifier qu'un gène qui vous fait vivre plus longtemps ou vous reproduire plus ou tuer vos ennemis est plus susceptible d'être transmis. Mais on peut aussi penser à l'égoïsme au niveau du gène lui-même. Dans ce contexte, les gènes se font concurrence pour entrer dans le gamète. Et bien que nous ayons eu la preuve que cela pouvait arriver, nous n'avons pas vraiment compris comment cela s'est passé."

Pour qu'une transmission biaisée se produise, l'équipe Penn a raisonné, quelque chose sur la machinerie physique de la division cellulaire doit le permettre. Dans le cas des femmes, la dernière étape de la méiose conduit à la création d'une cellule qui devient l'œuf viable et d'une autre cellule appelée corps polaire, qui est généralement dégradé.

Les chercheurs ont choisi de se concentrer sur la machinerie de division cellulaire, étudier le fuseau méiotique, la structure composée de microtubules qui s'attache aux chromosomes, les tirant sur les côtés opposés d'une cellule avant qu'elle ne se divise.

En regardant les microtubules dans les ovocytes de souris, ils ont trouvé une distribution déséquilibrée d'une modification appelée tyrosination :le côté œuf de la cellule avait moins de cette modification que l'autre côté, plus proche de ce qu'on appelle le cortex. Cette asymétrie n'était présente qu'au stade de la méiose lorsque le fuseau se déplace vers le cortex à partir du milieu de la cellule.

"Cela nous a dit que quel que soit le signal qui met en place la modification de la tyrosine vient du cortex, " dit Lampson. " La question suivante est, Quel est ce signal ?"

Les chercheurs disposaient déjà d'informations sur des molécules dont l'expression augmente du côté cortical de la cellule, dont un appelé CDC42. Pour tester si cette molécule a contribué à la tyrosination asymétrique, les chercheurs ont utilisé un système expérimental que Lampson et Chenoweth avaient conçu précédemment et qui utilise un test sensible à la lumière pour enrichir sélectivement le CDC42 d'un côté du pôle. Leurs résultats suggèrent que le CDC42 était responsable, au moins en partie, pour induire l'asymétrie de tyrosination et donc l'asymétrie du fuseau dans la cellule de division.

Ayant établi que l'asymétrie existe et comment elle survient, les chercheurs de Penn ont entrepris de montrer que cette asymétrie permet aux chromosomes de tricher. Ils l'ont fait en se concentrant sur les centromères, la région d'un chromosome qui s'attache au fuseau. Croisement de deux souches de souris, ils se sont retrouvés avec des animaux qui possédaient deux types de centromères dans chacune de leurs cellules, un plus grand et un plus petit.

D'après les travaux antérieurs du groupe, ils savaient que les plus gros centromères étaient connus pour se transmettre préférentiellement aux gamètes. Dans les travaux en cours, ils ont confirmé que le plus gros, Les centromères "plus forts" étaient en effet plus susceptibles d'aller vers le pôle de la cellule qui deviendrait l'œuf.

Lorsque les chercheurs ont aboli l'asymétrie du fuseau en mutant CDC42 et d'autres cibles, le biais dans l'orientation du centromère a disparu.

"Cela relie l'asymétrie du fuseau à l'idée que les chromosomes ou les centromères trichent réellement, " a déclaré Lampson.

Mais ce résultat a également soulevé la question de savoir quand les centromères sont devenus biaisés dans leur orientation, comme le fuseau commence au milieu de la cellule, à quel point les centromères sont déjà attachés de manière impartiale. L'asymétrie et la fixation biaisée du centromère surviennent plus tard.

Entrez le centromère basculant. En utilisant l'imagerie en direct d'ovocytes de souris, les chercheurs ont découvert que les centromères « plus forts » étaient plus susceptibles de se détacher du fuseau que les centromères plus faibles et étaient particulièrement susceptibles de se détacher s'ils étaient orientés vers le côté cortical de la cellule, vraisemblablement pour se retourner et se réorienter vers le pôle œuf de la cellule. Les centromères les plus faibles ne se détachaient que rarement et ne montraient aucune préférence pour un côté ou l'autre de la cellule.

"Si vous êtes un centromère égoïste et que vous êtes dans le mauvais sens, tu dois lâcher prise pour pouvoir faire face à l'autre sens, " a déclaré Lampson. " C'est comme ça que vous " gagnez ". "

Dans les travaux futurs, Lampson et son équipe espèrent explorer davantage les caractéristiques des centromères qui les rendent forts ou faibles.

"Ce travail nous a donné de bonnes informations sur la transmission biaisée des centromères, mais cela soulève aussi une tonne d'autres questions, " a dit Lampson. " Pourquoi nos centromères ont-ils l'apparence qu'ils ont, et comment évoluent-ils pour gagner ces compétitions ? Ce sont des questions biologiques fondamentales dont nous ne savons toujours pas grand-chose."