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Posté par Isabelle le Samedi 21/10/2017 à 12:00
Arrêt sur image: la transcription freine la mobilité d'un gène unique
L'organisation du génome humain dans le noyau joue un rôle essentiel dans la régulation de son expression. Depuis quelques années nos connaissances sur l'architecture nucléaire et l'agencement des chromosomes en conditions normales et pathologiques évoluent très rapidement, notamment grâce aux approches de biologie (La biologie, appelée couramment la « bio », est la science du vivant. Prise au sens large de science du vivant, elle recouvre une partie des sciences...) moléculaire. Ces techniques de pointe, permettent désormais d'obtenir des informations allant jusqu'à l'échelle de cellules uniques. Néanmoins l'observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude appropriés. Le...) en temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) réel du comportement d'un gène isolé, tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) en contrôlant sa fonction, n'était jusqu'alors pas possible. Une équipe de chercheurs du Centre de Biologie Intégrative de Toulouse(1) (CNRS / université Toulouse III - Paul Sabatier) a récemment réussi à optimiser une technique d'étiquetage de l'ADN appelée ANCHOR, leur permettant de suivre pour la première fois, la transcription(2) d'un gène isolé en cellules humaines. Ces travaux font l'objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans un espace à trois dimensions, qui a une fonction...) d'une publication dans le Biophysical Journal le 3 octobre 2017.


Figure 1: En direct, un gène et son messager vu dans une cellule humaine vivante. Image d'une cellule cancéreuse mammaire exprimant une protéine fluorescente rouge (OR/ParB) qui s'accumule sur l'ADN du gène de la Cycline D1 et une protéine fluorescente verte (MCP-GFP) qui marque l'ARN messager produit. Les deux signaux sont suivis par vidéomicroscopie en temps réel. Représentation schématique de la fibre (Une fibre est une formation élémentaire, végétale ou animale, d'aspect filamenteux, se présentant généralement sous...) chromatinienne au niveau du gène de la Cycline D1 avant et après initiation de la transcription par recrutement des enzymes nécessaires à la synthèse du messager.

La technique d'étiquetage ANCHOR profite du système de ségrégation des chromosomes bactériens appelé ParB/parS. parS est une séquence d'ADN courte spécifiquement reconnue par la protéine ParB. Insérée à proximité immédiate d'un gène cible dans les cellules humaines, cette séquence bactérienne devient l'unique partenaire de ParB dans la cellule. Il est alors possible de localiser précisément le gène d'intérêt par simple transfection de protéines ParB fluorescentes. Le système ANCHOR, breveté par l'équipe(3) et initialement utilisé pour étudier le comportement de la chromatine au cours de la recombinaison homologue chez la levure (Une levure est un champignon unicellulaire apte à provoquer la fermentation des matières organiques animales ou végétales. Les levures sont...) (4), s'adapte à tout type de cellules eucaryotes et offre des nombreuses applications pour l'analyse des fonctions du génome. La société NeoVirTech SAS(5), spin-off du laboratoire hébergé à l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute for Theoretical Physics...) des Technologies Avancées du Vivant (ITAV, USR3039), exploite d'ailleurs déjà cette technologie (Le mot technologie possède deux acceptions de fait :) dans le but de développer des virus (Un virus est une entité biologique qui nécessite une cellule hôte, dont il utilise les constituants pour se multiplier. Les virus existent sous une forme...) autofluorescents pour le criblage de molécules à activités antivirales de nouvelle génération.

Le système ANCHOR, combiné au système MS2/MCP(6) (permettant l'étiquetage de l'ARN messager par un mécanisme similaire), a permis d'observer et de comparer les mouvements du gène étiqueté, avant et après activation (Activation peut faire référence à :) de la transcription. Le comportement dynamique (Le mot dynamique est souvent employé désigner ou qualifier ce qui est relatif au mouvement. Il peut être employé comme :) du gène, marqué par une protéine fluorescente rouge, a pu être analysé en conditions physiologiques par vidéo-microscopie. Alors que la stimulation (Une stimulation est un événement physique ou chimique qui active une ou plusieurs cellules réceptrices de l'organisme. La cellule traduit la stimulation par un potentiel d'action, qui est...) de son activité transcriptionelle par l'estradiol est contrôlée par l'apparition d'ARN messager quant à lui marqué par une protéine fluorescente verte.

Les résultats de l'analyse quantitative de ces travaux, publiés dans le Biophysical Journal, révèlent tout d'abord que le mouvement du gène étiqueté se trouve confiné, quelques minutes ( Forme première d'un document : Droit : une minute est l'original d'un acte. Cartographie géologique ; la minute de terrain est la carte originale, au crayon,...) à peine après l'initiation de la transcription. De manière surprenante, avant d'être transcrit, le gène d'intérêt semble plutôt soumis à une diffusion (Dans le langage courant, le terme diffusion fait référence à une notion de « distribution », de « mise...) libre, très variable (En mathématiques et en logique, une variable est représentée par un symbole. Elle est utilisée pour marquer un rôle dans une formule, un prédicat ou un...) d'une cellule à une autre même en phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et principalement en physique :) G1 du cycle cellulaire. Or, jusqu'alors la chromatine des chromosomes était supposée suivre une diffusion contrainte comme chez la levure. Indépendamment de la mobilité initiale, le mouvement du gène est freiné dès son activation par l'ARN polymérase 2 et le recrutement concomitant de nombreux cofacteurs. La forme active de la polymérase est connue pour s'établir en amas plutôt statiques, ce qui est parfaitement cohérent avec l'idée que le gène soit enfermé dans une cage de protéines lors de sa transcription. A l'intérieur de cette cage, le gène à plus de chance d'entrer en contact avec ses éléments régulateurs. A terme, ceci pourrait composer la signature d'un gène actif et permettre le criblage de nouvelles molécules pharmacologiques agissant sur la transcription. Cette étude ouvre de nombreuses pistes pour mieux comprendre la physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens général et ancien, la physique...) des chromosomes in situ.

Note:
(1) Le CBI regroupe cinq unités mixtes de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances...) CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand organisme de recherche scientifique public français (EPST).) / Université Toulouse III - Paul Sabatier qui forment un pôle en biologie post-génomique

(2) Première étape du processus qui permet de passer (Le genre Passer a été créé par le zoologiste français Mathurin Jacques Brisson (1723-1806) en 1760.) de l'ADN à la protéine

(3) K. BYSTRICKY, F. GALLARDO, D. LANE, and N. DUBARRY. 2012. Constructs and Method for Regulating Gene Expression or for Detecting and Controlling a Dna Locus in Eukaryotes. WO/2012/127047, déposé par le CNRS.

(4) Saad, H., F. Gallardo, M. Dalvai, N. Tanguy-le-Gac, D. Lane, and K. Bystricky. 2014. DNA Dynamics during Early Double-Strand Break (Break est un mot anglais faisant référence à la notion de rupture (to break peut signifier « casser » et « a break » peut signifier...) Processing Revealed by Non-Intrusive Imaging of Living Cells. PLoS Genet. 10: e1004187

(5) Bertrand, E., P.S. Chartrand, S.M. Shenoy, R.H. Singer, and R.M. Long. 1998. Localization of ASH1 mRNA particles in living yeast. Mol Cell. 2: 437-445

(6) http://www.neovirtech.com


Référence publication:
Germier, T., S. Kocanova, N. Walther, A. Bancaud, H.A. Shaban, H. Sellou, A. Zaccaria Politi, J. Ellenberg, F. Gallardo, and K. Bystricky. 2017. Real-time chromatin dynamics at the single gene level during transcription activation. bioRxiv. doi: https://doi.org/10.1101/111179

Contact chercheur:
Kerstin Bystricky
Centre de biologie intégrative
118 route (Le mot « route » dérive du latin (via) rupta, littéralement « voie brisée », c'est-à-dire...) de Narbonne
31062 Toulouse Cedex 9

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Source: CNRS-INSB