À Tom Santangelo, les micro-organismes unicellulaires appelés archées sont comme d'anciens marins, survivre parmi les conditions les plus extrêmes sur Terre, y compris les cheminées volcaniques dans l'océan profond.

Le chercheur de la Colorado State University étudie comment ces microbes robustes - qui constituent l'un des trois domaines de la vie survivants - expriment leurs gènes, produire leur énergie, et prospérer dans le chaud, environnements sans lumière.

Il s'avère, nous ne sommes pas si différents - biochimiquement, de toute façon – d'archaea après tout.

Santangelo, professeur agrégé au Département de biochimie et biologie moléculaire, faisait partie d'une équipe qui a trouvé des parallèles frappants entre la façon dont les cellules archéennes et les cellules plus complexes, y compris les humains et les animaux », emballer et stocker leur matériel génétique. L'étude de rupture, publié dans Science plus tôt cette année, a fourni la preuve que les archées et les cellules eucaryotes partagent un mécanisme commun pour se compacter, organiser et structurer leurs génomes.

L'étude a été dirigée par Karolin Luger, maintenant un biologiste structural à l'université du Colorado Boulder. La plupart des résultats rapportés dans Science ont été achevés alors que Luger était membre du corps professoral de la CSU, de 1999 à 2015.

ADN, histones, nucléosomes, chromatine

Petite revue de biologie au lycée :les eucaryotes sont des cellules avec un noyau et des organites liés à la membrane, et ils comprennent des champignons, cellules végétales et animales, y compris humaines. Ils se distinguent de leurs homologues moins complexes, procaryotes, par l'absence de noyau. Alors que les archées et les bactéries sont toutes deux des procaryotes, ils ne sont que lointainement apparentés. Les archées sont les progéniteurs probables des eucaryotes et partagent bon nombre des mêmes protéines qui contrôlent l'expression des gènes.

L'un des processus les plus fondamentaux de la vie - la mécanique par laquelle l'ADN se plie, se replie et s'entasse dans un noyau cellulaire - est commun à tous les eucaryotes, des protistes microscopiques aux plantes aux humains.

À l'intérieur du noyau de chaque cellule eucaryote se trouvent plusieurs mètres de matériel génétique compacté d'une manière très spécifique. De petites sections d'ADN sont enveloppées, comme du fil autour d'une bobine, environ deux fois environ huit petites protéines appelées histones. L'ensemble de ce complexe ADN-histone est appelé nucléosome, et une chaîne de nucléosomes compactés est appelée chromatine. En 1997, Luger et ses collègues ont d'abord rapporté la structure exacte des nucléosomes eucaryotes par cristallographie aux rayons X.

Cristallographie 'noueuse'

Le collaborateur de l'article scientifique John Reeve avait découvert dans les années 1990 que les protéines histones n'étaient pas limitées aux eucaryotes, mais ont également été trouvés dans des cellules d'archées sans noyau. Reeves et Luger ont commencé une collaboration pour cristalliser la chromatine archéenne à base d'histones et comparer cette structure avec la chromatine eucaryote.

Après des années d'arrêts et de démarrages et de difficultés à cultiver des cristaux d'histone archaéennes fiables - Luger l'a qualifié de "problème cristallographique noueux" - les scientifiques ont réussi à résoudre la structure de la chromatine archéenne, révélant sa similitude structurelle avec les eucaryotes.

Structure « biologiquement significative »

Dans les données, l'ADN des archées semblait se former longtemps, courbée, répétition des superhélices. Les chercheurs ne savaient pas si la structure était réelle, ou un artefact de l'expérience. C'est là que l'équipe de Santagelo chez CSU a fourni une expertise clé.

"Mon groupe a relevé le défi de déterminer si la structure résolue dans les cristaux représentait une structure biologiquement significative, " il a dit.

L'équipe de Santangelo a fait des variantes des histones archées et testé comment les cellules s'en sortaient, car ils ont perturbé la superhélice de l'ADN. Ils ont constaté que plus ils déstabilisaient la structure, plus les cellules sont malades. Leurs efforts ont souligné les mérites de la structure que le groupe de Luger avait déterminée.

Faire partie d'une équipe qui a fourni un aperçu aussi fondamental que l'ascendance de nos cellules a été l'un des moments les plus gratifiants de la carrière de Santangelo.

"L'impact majeur du papier, Je pense, est que l'idée de compacter l'ADN dans ces structures est une idée très ancienne - probablement vieille de plus d'un milliard d'années, " a déclaré Santangelo. "Les protéines d'histone sont entrées en scène, et une fois qu'ils ont commencé à emballer des génomes, ils se sont largement rendus indispensables aux cellules qui les ont codés. »

Santangelo continuera à mener des études sur la structure, la fonction et les transactions énergétiques des archées - ces anciens marins qui représentent désormais définitivement un prototype ancestral de l'activité cellulaire humaine.