La régulation des gènes repose sur des arrangements structurels complexes et des processus au niveau moléculaire. L'un d'eux, appelé 'extrusion de boucle de chromatine', ressemble de manière frappante au système de laçage rapide de certaines chaussures de course sur sentier :lorsque la boucle est poussée vers le bas, une plus grande boucle est extrudée sur le dessus. C'est là que la transcription a lieu.

Des progrès récents dans le domaine de la structure du génome ont permis d'identifier que la cohésine, un complexe protéique formant une paire de bracelets moléculaires, ou menottes - joue le rôle de boucle. En se liant étroitement aux fibres de chromatine, la cohésine piège initialement de petites boucles d'ADN. Ces boucles se développent au fur et à mesure que les menottes en cohésine glissent le long des fibres.

"La cohésine est une pièce centrale du puzzle de la régulation des gènes, ", déclare Andrzej Stasiak, chef du groupe SIB. "Il y a un vif débat en cours sur ce qui déclenche le mouvement de ce complexe protéique le long de la chromatine."

La cohésine est connue pour jouer plusieurs rôles clés dans la structure des chromosomes. Et, En effet, en cas de problème avec la cohésion, de graves anomalies du développement ou des formes de cancers peuvent apparaître.

Supercoiling comme moteur d'extrusion de boucle de chromatine

Le groupe de modélisation de l'ADN et des chromosomes d'Andrzej Stasiak au SIB a cherché à comprendre la nature du moteur qui pousse la cohésine le long des fibres.

L'un de leurs indices est venu d'un nombre croissant d'études montrant que la transcription induit une rotation axiale de l'ADN transcrit. Ceci à son tour est connu pour entraîner l'enroulement des boucles de chromatine autour d'eux-mêmes, de manière similaire à ce qui est montré sur la figure 1 pour les lacets de chaussures.

L'équipe a donc simulé ce qui se passe lorsque le superenroulement induit par la transcription est généré dans de petites boucles de chromatine flanquées de menottes en cohésine.

« Nous avons observé que le superenroulement a commencé à s'accumuler dans la partie de la chromatine flanquée des menottes en cohésine, " dit Stasiak, "et, à notre surprise, que le superenroulement poussait physiquement les menottes en cohésine le long des fibres de chromatine embrassées, de sorte que la boucle de chromatine qu'ils agrippaient se développait activement, exactement comme requis pour former des TAD."

Cette étude de modélisation pose les bases d'un nouveau processus chimio-mécanique de transduction opérant dans les chromosomes, et les façonner en structures requises pour une régulation optimale de l'expression des gènes.

Les chromosomes changent de forme cycliquement au cours du cycle cellulaire. Pendant l'interphase, c'est à ce moment-là que la transcription se produit, ils sont sous une forme décondensée et ressemblent à des boules de laine microscopiques. Dans ces boules de laine, la fibre de chromatine doit acquérir une structure particulière pour que la transcription ait lieu :les gènes doivent être mis à proximité physique de leurs éléments régulateurs. Cela se fait dans des régions particulières, connu sous le nom de domaines d'association topologique, ou TAD. On pense que la formation des TAD commence avec l'apparition de boucles croissantes dans la fibre. Ce phénomène, connu sous le nom d'extrusion de boucle de chromatine, est toujours considéré comme un casse-tête mécaniste.