Publié: 11 avril 2022
Gauche : l’ADN des chromosomes dans un noyau cellulaire, vu grâce à un intercalant de l’ADN fluorescent et l’observation en microscopie super-résolution. Droite : exemples de TAD comprenant plusieurs sous-structures, les CNDs, vus grâce à des marqueurs fluorescents spécifiques et l’observation en microscopie super-résolution. Quentin Szabo, Fourni par l'auteur
Depuis le début de ce siècle, de grandes avancées technologiques au niveau moléculaire et génomique, couplées à de nouvelles approches en microscopie photonique à très haute résolution, ont permis de révéler des nouvelles structures chromosomiques et des nouveaux principes d’organisation de nos génomes (le génome contient l’ensemble de l’information génétique et donc l’ensemble des séquences d’ADN transmises au travers des divisions cellulaires). Ces connaissances sont cruciales à la compréhension du fonctionnement de nos cellules, mais également pour mieux comprendre certaines maladies et leur évolution.
L’acide désoxyribonucléique, ou ADN, renferme l’information génétique spécifique à chaque espèce vivante. Les chromosomesreprésentent les supports physiques de cette information. L’ensemble des chromosomes est aussi appelé génome et contient l’ensemble des gènes. Depuis la découverte en 1953 de la structure en double hélice de l’ADN, la question de son organisation au sein des noyaux de nos cellules a suscité de nombreuses recherches mondiales. Pour bien appréhender cette question, on peut repréciser ici que l’homme possède 46 chromosomes, lesquels renferment 3 milliards de paires de bases (pb) d’ADN, ce qui représente un filament moléculaire d’environ 2 m. Or, ce filament est capable d’être contenu dans des noyaux cellulaires d’environ 10 μm (un micromètre = un millième de millimètre) de diamètre. Pour mieux comprendre le fonctionnement du génome et de nos gènes, il était donc indispensable de connaître comment tout cet ADN est capable de se replier dans un noyau cellulaire.
Au début de cette organisation, on a le nucléosome, dont la structure a été élucidée en 1997. Le nucléosome est formé de protéines très basiques appelées histones, qui ont une grande affinité pour la molécule acide de l’ADN. Ces histones vont former un corps central autour duquel la molécule d’ADN va s’enrouler, à raison de 146 pb pour un nucléosome, sorte de « macaron » de 11 nm (un nanomètre = un millionième de millimètre) de large et 6 nm de haut. Le nucléosome représente donc un premier niveau structurel de l’organisation de l’ADN dans les noyaux. Signe de son importance, cette structure très particulière est retrouvée chez tous les organismes à noyaux (les eucaryotes), qu’ils soient unicellulaires ou plus complexes comme chez les animaux et les plantes.
Très longtemps, on a pensé que la succession de nucléosomes (aussi appelée fibre de chromatine), formant une sorte de « collier de perles », s’enroulait à son tour de manière régulière pour former une fibre de 30 nm de diamètre. Des super-enroulements en spirales de cette fibre auraient finalement conduit aux chromosomes. Cependant, des limitations techniques, notamment la trop faible résolution des techniques de microscopie et l’absence d’autres méthodes, ne permettaient pas de démontrer si cette hypothèse était correcte.
