Weizmann : de nouvelles méthodes pour mieux comprendre la structure des chromosomes

Dr Amos Tanay Weizmann Institute Dr Amos Tanay Weizmann Institute

Les 46 chromosomes (matériel génétique qui se trouvent dans nos cellules) sont représentés comme sous la forme d’un X. Or ces X bien nets n’apparaissent que lorsqu’une cellule est sur le point de se diviser, après que tout le contenu de son génome ait été doublé. Jusqu’à présent, les chercheurs n’avaient pas réussi à obtenir une image nette de la manière selon laquelle l’ADN, composé de brins d’une longueur d’environ deux mètres, est si bien emballé dans le noyau tout en permettant une activité continue des gènes. L’utilisation combinée de nouvelles techniques pour séquencer l’ADN dans des chromosomes individuels et analyser les données obtenues par des milliers de mesures a donné une nouvelle image de la structure tridimensionnelle des chromosomes. Cette méthode, résultat d’une collaboration internationale, et récemment publiée dans la revue Nature, pourra aider les chercheurs à comprendre les processus de base selon lesquels l’expression génique est régulée sans déranger la stabilité du génome.

Le Dr Amos Tanay du département d’Informatique et de mathématique appliquée, et du département de Régulation biologique à l’Institut Weizmann, a développé des algorithmes informatiques avancés pour analyser des ensembles de données génomiques capables d’examiner des milliards de bits d’informations. Avec son équipe, dont font partie les doctorants Yaniv Lubling et Eitan Yaffe, il a collaboré avec le Dr Peter Fraser du Babraham Institute (Royaume-Uni) pour tenter de déchiffrer les architectures chromosomiques à une résolution sans précédent. Au lieu d’utiliser des techniques traditionnelles de microscopie, ils ont mis à contribution les puissantes méthodes modernes pour le séquençage de l’ADN. Le Dr Fraser et son groupe ont développé une méthode avancée de séquençage pour prendre des milliers de mesures du contact entre les gènes qui se trouvent dans une cellule unique. Ces techniques améliorent considérablement les approches, utilisées jusqu’à présent, qui obtiennent la valeur moyenne des configurations de millions de chromosomes. Des méthodes statistiques très avancées sont nécessaires pour interpréter les données générées par les quelques milliardièmes de gramme d’ADN présents dans chaque cellule. Le Dr Tanay et son équipe ont effectué l’analyse informatique complexe qui a transformé des millions de séquences d’ADN en cartes fiables décrivant les contacts entre les gènes tout au long des chromosomes. Selon ces cartes, le groupe a réussi, en collaboration avec le Dr Ernest Laue de l’université de Cambridge, à produire des modèles tridimensionnels de la structure de chromosomes individuels.

Ces nouvelles représentations à haute résolution de l’architecture des chromosomes montrent que la structure d’une molécule d’ADN peut varier sensiblement d’une cellule à l’autre. Ces résultats font aussi apparaître plusieurs principes fondamentaux à la base de l’organisation des gènes. Leur disposition semble être modulaire et basée sur le fonctionnement des milliers de gènes qui se trouvent dans chaque chromosome. Ces données suggèrent que les chromosomes exposent les gènes les plus actifs à leurs frontières, peut-être pour leur permettre d’accéder plus facilement au mécanisme cellulaire qui les régule.

Les chercheurs pensent que leur méthode pourra non seulement permettre de découvrir des aspects surprenants de la structure des chromosomes dans les cellules, mais aussi qu’elle offrira à la recherche génétique un nouvel outil efficace. Celui-ci pourra, par exemple, aider à découvrir les variations de l’activité génétique de différents types de cellules, ou permettre de mieux comprendre les mécanismes qui déterminent l’activité des gènes ou la quiescence, dans des situations différentes, normales ou de maladies. Le potentiel du séquençage massif de l’ADN, qui grandit rapidement, offre une possibilité de rendre des recherches comme celle-ci encore plus puissantes dans un proche avenir.

La recherche du Pr Amos Tanay est financée par : Helen and Martin Kimmel Award for Innovative Investigation ; Pascal et Ilana Mantoux, Israël/ France; Wolfson Family Charitable Trust; Rachel and Shaul Peles Fund for Hormone Research; la succession d’Evelyn Wellner.

Israël Science Info