Le chercheur postdoctoral Ben Williams du laboratoire de Mary Gehring, membre de Whitehead, a modifié la méthylation à ROS1 dans la plante Arabidopsis. Cela a découplé l'activité du gène des niveaux de méthylation dans le génome. Par conséquent, la méthylation dans la plante était détraquée, et les gènes qui seraient normalement réduits au silence dans les plantes non modifiées (à gauche) ont été exprimés, dont un qui fait s'enrouler les feuilles des plantes (au milieu). Dans les générations successives, les feuilles des plantes s'enroulent de plus en plus (à droite), reflétant la méthylation réduite dans de nombreuses parties du génome. Crédit :Ben Williams/Institut Whitehead
Alors que notre génome contient un vaste répertoire de gènes qui sont responsables de pratiquement tous les processus cellulaires et développementaux requis par la vie, c'est la danse complexe de la régulation de leur expression qui est vitale pour que les programmes génétiques soient exécutés avec succès. Les gènes doivent être activés et désactivés à des moments appropriés ou, dans certains cas, jamais allumé ou éteint du tout.
La méthylation - l'ajout d'étiquettes chimiques à l'ADN - réduit généralement l'expression des gènes méthylés. Dans de nombreux cas, La méthylation de l'ADN peut être considérée comme un obstacle à un gène. Plus un gène est méthylé, moins il est probable qu'il sera actif. De telles démarcations génétiques sont essentielles pour garantir que les gènes impliqués dans des stades particuliers de développement sont actifs au bon moment, par exemple. La méthylation est essentielle au bon fonctionnement cellulaire, et son dérèglement est associé à des maladies, comme le cancer chez l'homme. Malgré son importance, on sait peu de choses sur la façon dont les modèles de méthylation critiques sont hérités ou maintenus. Mary Gehring, membre du Whitehead Institute, et son laboratoire ont identifié un mécanisme important pour maintenir la méthylation, que lorsqu'il est perturbé, entraîne la déméthylation de grandes sections du génome de la plante Arabidopsis. Leur travail est décrit cette semaine dans la revue Communication Nature .
En utilisant un gène inhabituel dans la plante Arabidopsis, Gehring démêle les mécanismes qui sous-tendent la méthylation. En brisant le "circuit" de ce gène unique, Gehring et Ben Williams, chercheuse postdoctorale dans son laboratoire, ont acquis des informations importantes sur la façon dont la méthylation est maintenue, y compris une découverte surprenante que la méthylation précédemment effacée peut être restaurée dans certaines circonstances.
Afin de mieux comprendre l'héritabilité de la méthylation, Gehring et Williams ont examiné de près une anomalie, le gène ROS1 chez les plantes d'Arabidopsis, qui code une protéine qui supprime la méthylation de son propre gène ainsi que d'autres. Précédemment, Gehring et Williams avaient déterminé que la méthylation de ROS1 fonctionnait en fait à l'opposé du paradigme existant, contrairement à la plupart des gènes, lorsqu'une courte section de ce gène est méthylée, le gène est en fait activé au lieu d'être inactivé. Inversement, s'il est méthylé, le gène est activé. Par conséquent, ROS1 peut agir comme un rhéostat pour le génome d'Arabidopsis :à mesure que la méthylation augmente, ROS1 s'allume et commence à éliminer les groupes méthyle, et à mesure que la méthylation diminue, ROS1 s'éteint et réduit son activité déméthylante.
Dans la recherche actuelle, Williams a modifié la méthylation à ROS1 de sorte que son activité était découplée des niveaux de méthylation dans le génome, afin de voir quels effets un tel changement aurait sur la méthylation dans l'ensemble du génome. Lorsqu'il a analysé la méthylation des plantes, c'était détraqué. La méthylation a été perdue dans tout le génome et a progressivement diminué dans les générations suivantes, sauf dans une partie particulière du génome appelée hétérochromatine, des zones génomiques fortement réprimées. De façon intéressante, Williams a découvert que, malgré l'altération du circuit de régulation ROS1, ces sections hétérochromatiques du génome retrouvent en fait leur méthylation et approchent de la méthylation complète à la quatrième génération - le même moment où le reste du génome a perdu une grande partie de sa méthylation .
Les chercheurs ont déterminé que le circuit ROS1 qu'ils ont découvert est important pour l'homéostasie de la méthylation, car il provoque une perte héréditaire de méthylation lorsqu'il est perturbé. Et pourtant, la méthylation revient à certains endroits, bien que pas immédiatement, suggérant qu'Arabidopsis fait appel à de multiples mécanismes pour maintenir l'homéostasie de la méthylation. Gehring et Williams sont intrigués par ce retard dans la reméthylation et s'efforcent d'identifier sa cause ainsi que d'autres mécanismes qui peuvent également être à l'œuvre pour réguler ce processus critique.
