Mouvements du génome à travers un noyau de cellules souches (à gauche) et sa descendance différenciée (à droite). Crédit :Alexandra Zidovska, Département de physique de NYU.
L'organisation du génome humain repose sur la physique de différents états de la matière, tels que le liquide et le solide, a découvert une équipe de scientifiques. Les résultats, qui révèlent comment la nature physique du génome change à mesure que les cellules se transforment pour remplir des fonctions spécifiques, indiquent de nouvelles façons de mieux comprendre la maladie et de créer des thérapies améliorées pour le cancer et les troubles génétiques.
Le génome est la bibliothèque d'informations génétiques essentielles à la vie. Chaque cellule contient la bibliothèque entière, pourtant, il n'utilise qu'une partie de ces informations. Types particuliers de cellules, comme un globule blanc ou un neurone, n'ont ouvert que certains « livres » — ceux qui contiennent des informations pertinentes pour leur fonction. Les chercheurs ont longtemps cherché à déterminer comment le génome gère ces énormes bibliothèques et permet d'accéder aux « livres » qui sont nécessaires, tout en rangeant ceux qui ne sont pas utilisés.
Dans la nouvelle étude publiée, qui paraît dans le journal Lettres d'examen physique, les chercheurs ont révélé comment cela se produit dans une cellule.
"Nous avons découvert que les parties du génome qui sont utilisées sont liquides, tandis que les parties inutilisées forment des îles en forme de solide, " explique Alexandra Zidovska, professeur adjoint au Département de physique de l'Université de New York et auteur principal de l'étude. "Ces îles semblables à des solides servent d'étagères de bibliothèque stockant les livres avec des gènes actuellement non utilisés, tandis que la partie du génome liquide agit comme un « livre ouvert, ' qui est facilement accessible et utilisé pour la vie et la fonction d'une cellule."
L'information génétique du génome est codée dans la molécule d'ADN. Une lecture et un traitement corrects de ces informations sont essentiels pour la santé humaine et le vieillissement. Dans une cellule humaine, le génome, qui contient le code génétique, est logé dans le noyau de la cellule. D'une taille d'à peine 10 micromètres, soit environ 10 fois plus petite que la largeur d'un cheveu humain, il stocke environ deux mètres d'ADN.
Stocker cette grande quantité d'informations génétiques dans un si petit espace nécessite un emballage de telle sorte que chaque morceau d'ADN, et donc du code génétique, est facilement accessible en cas de besoin.
Ce qui avait été moins compris, c'est comment cette information était stockée et quel était le rôle de la physique dans celle-ci.
Noyau d'une cellule souche (à gauche) et sa descendance différenciée (à droite) avec des parties du génome de type liquide (vert) et gel (magenta). Crédit :Alexandra Zidovska, Département de physique de NYU
Pour explorer ce phénomène, les chercheurs, qui comprenait également Iraj Eshghi et Jonah Eaton, Les doctorants de l'Université de New York, comparé les cellules avant et après leur spécialisation.
Spécifiquement, les scientifiques ont cartographié les mouvements du génome dans les noyaux des cellules souches de souris, celles qui n'ont pas encore de fonction spécialisée, mais sont sur le point de devenir n'importe quel type de cellule, comme un neurone ou un globule blanc, puis laissez ces cellules subir une différenciation en cellules neuronales avant de cartographier à nouveau les mouvements génomiques. Ce faisant, ils ont généré les toutes premières cartes des mouvements d'un génome avant et après la différenciation cellulaire.
Ici, ils ont découvert que les cellules souches gardent leur génome "ouvert", le rendant aussi accessible qu'un livre ouvert, les "pages génétiques" étant facilement accessibles.
Cependant, la cartographie a également montré qu'une fois qu'une cellule souche devient une cellule spécialisée, par exemple. un neurone, cette cellule spécialisée ne garde facilement accessible que les parties du génome nécessaires à sa fonction spécifique. Il range les parties inutilisées du génome sur des "étagères". Cela laisse plus d'espace pour les informations qui sont activement lues et traitées.
"Ces mouvements nous disent exactement à quel point le génome est accessible à un endroit donné du noyau cellulaire, " explique Zidovska. " De plus, ces mouvements révèlent l'état physique des différentes parties du génome, avec des parties liquides correspondant à de l'ADN peu compacté, et des parties de type solide correspondant à des gels d'ADN étroitement emballés. Le tassement du génome dans ces différents états de la matière impacte directement l'accessibilité du génome; les parties liquides sont accessibles, contrairement aux pièces de type solide. Ce qui est étonnant, c'est que cette organisation repose sur la physique des différents états de la matière, liquide et solide."
"La mesure des mouvements de parties distinctes du génome nous a permis de montrer ces différentes propriétés physiques des différentes parties du génome, et ainsi comprendre l'organisation du génome - le "système de bibliothèque de la cellule, " " Elle ajoute.
Un système de classement cellulaire approprié est vital pour la santé humaine, notent les chercheurs.
« Considérant le grand nombre de types de cellules dans le corps humain, si un livre est manquant ou égaré dans cette bibliothèque cellulaire, cela peut conduire à des informations manquantes ou inutiles, pouvant entraîner des troubles du développement et héréditaires ainsi que des afflictions telles que le cancer, " explique Zidovska. " Par conséquent, révéler comment le génome est organisé à l'intérieur du noyau cellulaire est essentiel pour notre compréhension de ces conditions et maladies. De plus, ces connaissances peuvent nous aider à concevoir de futures thérapies et diagnostics de ces troubles. »
