L'ADN ne fait que la moitié de la taille des chromosomes. Tout le reste est une coquille de fonctionnalités inconnues

Modèle tridimensionnel du 4e chromosome humain

À l'école, on nous a appris que le noyau de chaque cellule contient des structures filamenteuses appelées chromosomes dans lesquels les gènes sont stockés - des unités d'hérédité disposées dans un ordre linéaire. Les gènes sont codés dans le cadre d'une macromolécule d'ADN. Mais tout n'est pas aussi simple qu'il y paraît.

Dès le moment même de leur découverte en 1882, les chromosomes ont fait l'objet d'une étude approfondie et minutieuse, notamment à l'aide de microscopes optiques et électroniques. Étonnamment, les scientifiques ne sont toujours pas en mesure de comprendre clairement comment leur structure est organisée.

Pendant des décennies, les scientifiques se sont concentrés sur la recherche, principalement la chromatine. Il s'agit de la principale substance fonctionnelle des chromosomes, qui est un complexe d'ADN, d'ARN et de protéines. C'est dans la composition de la chromatine que l'information génétique est réalisée, ainsi que la réplication et la réparation de l'ADN.

L'un des principaux casse-tête est de savoir comment se produit le tassement de la chromatine (pliage). Pendant longtemps, on a supposé que l'emballage se faisait de manière aléatoire, mais d'autres théories sont récemment apparues. Certains scientifiques suggèrent que l'emballage a lieu sur la base d'une masse fondue de polymère . Il existe des opinions selon lesquelles les chromosomes passent par une chaîne de processus d'emballage interconnectés, allant de l'enroulement à vis autour du nucléosome à une fibre solénoïdale de 30 nm, puis à une spirale plus grande. Après tout, il existe une troisième classe de théories qui suggèrent que les chromosomes sont constitués de boucles de chromatine retenues par des protéines non histoniques .

Le dernier des modèles répertoriés de la structure chromosomique a récemment reçu une confirmation supplémentaire. En 2013, des méthodes de microscopie avancées ont clairement montré comment une matrice linéaire de boucles de chromatine est formée dans le noyau cellulaire (voir l' article de Natalia Naumova de l'Université du Massachusetts et ses collègues publiés dans la revue Science ). La vidéo montre plus comment l'auto-organisation des chromosomes se produit.

Organisation des chromosomes mitotiques (matériel d'accompagnement d'un article de Natalya Naumova et ses collègues en 2013)


Cependant, toutes ces études de chromatine ont largement ignoré la couche mince de surface, qui a été découverte sur les chromosomes par la méthode de la microscopie classique en 1968 . Cette couche périphérique a été mal étudiée et sa composition et sa structure sont restées presque inconnues. Par défaut, on a supposé qu'il s'agissait simplement d'une sorte de masse amorphe qui adhérait aux chromosomes.

Le problème est que nous ne pouvons étudier les chromosomes que dans certaines conditions, nous n'avons donc pas une idée claire de leur apparence réelle.

Un groupe de scientifiques britanniques de l'Université d'Édimbourg étudie le revêtement extérieur des chromosomes depuis plusieurs années. Il y a quelques années, ils ont prouvé que l'assemblage de la partie externe du chromosome nécessite nécessairement la présence de la protéine Ki-67. Les scientifiques ont suggéré que les revêtements chromosomiques sont fabriqués à l'aide de cette protéine.

Une nouvelle étude menée par un groupe de scientifiques, contient les résultats de la modélisation 3D de la structure du chromosome, ainsi qu'une description de la coquille. Selon les scientifiques, ce matériau représente 47% du volume chromosomique. Dans le même temps, la fonctionnalité de ce matériau n'est toujours pas claire.

Vraisemblablement, les chromosomes individuels dus à la membrane sont isolés les uns des autres au cours du processus clé de division cellulaire. Probablement, ce matériau permet également d'éviter les erreurs de division cellulaire. Il est connu que certains types de tumeurs cancéreuses et de maladies congénitales humaines sont associés à une telle division erronée.

Pour la première fois dans l'histoire de la science, les scientifiques ont compilé des modèles 3D détaillés des 46 chromosomes humains. Cela a été possible grâce à l'utilisation de la nouvelle méthode 3-D-CLEM, qui combine la microscopie optique et électronique et permet d'enregistrer les chromosomes avec une résolution sans précédent.


Description schématique de toutes les étapes du processus 3-D-CLEM, qui prend de 5,5 à 19,5 jours.

En conséquence, les scientifiques ont simulé la longueur, la largeur, la superficie, le volume et la densité de remplissage de l'ADN dans les chromosomes.



«La méthode de visualisation que nous avons développée pour l'étude des chromosomes est vraiment révolutionnaire», expliqueDr Daniel Booth de l'Université d'Edimbourg. «Pour la première fois, la structure des 46 chromosomes humains que nous avons étudiés nous a fait repenser l'idée qu'ils consistent presque entièrement en chromatine. Cette hypothèse est restée inchangée depuis près de 100 ans. »

En fait, la chromatine ne représente que 53% à 70% des chromosomes. Tout le reste est une coque beaucoup plus épaisse que prévu.

Comprendre la structure des chromosomes et de la membrane, ainsi que le processus de division, aidera à étudier et à prévenir le développement de certaines maladies.

Les travaux scientifiques ont été publiés le 10 novembre 2016 dans la revue Molecular Cell (doi: 10.1016 / j.molcel.2016.10.009, pdf ).

Source: https://habr.com/ru/post/fr399449/