Histone H3K9 methylation and Heterochromatin Protein 1 do not limit DNA accessibility in living S. pombe cells

Au sein de chaque cellule vivante, le code génétique ne flotte pas librement mais est étroitement enroulé autour de bobines protéiques, formant un matériau complexe appelé chromatine. Cet emballage remplit un double objectif : il protège les longs brins d'ADN et contrôle quelles parties du manuel d'instructions génétiques peuvent être lues à un instant donné. Pendant des décennies, les scientifiques ont opéré selon l'hypothèse que cet enroulement agit comme un gardien, spécifiquement dans les régions connues sous le nom d'hétérochromatine. Ce sont les sections du génome étroitement compactées, souvent marquées par des étiquettes chimiques sur les bobines protéiques et liées par des protéines spécifiques, qui étaient supposées verrouiller l'ADN si étroitement que la machinerie cellulaire ne pouvait pas l'atteindre. Cette idée d'une région verrouillée a été centrale pour comprendre comment les cellules régulent leurs gènes, suggérant que la fonction primaire de ces marques chimiques et de ces protéines de liaison est de bloquer physiquement l'accès à l'ADN.

Les chercheurs ont longtemps étudié ce phénomène dans divers organismes, y compris les humains et la levure de Budding, où les preuves provenant de noyaux cellulaires isolés soutenaient l'idée que l'hétérochromatine est effectivement une barrière à l'entrée. Dans cette levure, l'hétérochromatine est définie par des modifications chimiques spécifiques sur ses protéines histones et la présence d'une protéine de liaison connue sous le nom de HP1. La théorie prédominante soutenait que ces caractéristiques travaillaient ensemble pour sceller l'ADN, empêchant ainsi son accès. Pour tester si ce modèle se vérifiait dans une cellule vivante et respirante plutôt que dans un échantillon statique, les chercheurs ont développé une nouvelle méthode pour sonder l'accessibilité de l'ADN directement à l'intérieur de l'organisme. Ils ont introduit un système capable d'activer une enzyme spécifique pour modifier l'ADN, leur permettant de mesurer avec quelle facilité cette enzyme pouvait atteindre différentes parties du génome en temps réel.

Les résultats de cette expérience ont remis en question la croyance de longue date selon laquelle les marques chimiques et les protéines de liaison agissent comme un mur physique. Lorsque les scientifiques ont mesuré l'ADN dans des cellules vivantes de levure de fission, ils ont découvert que l'hétérochromatine étroitement compactée était tout aussi ouverte et accessible que les régions plus lâchement compactées du génome. Même les centromères, les zones spécialisées où les chromosomes s'attachent au squelette interne de la cellule, étaient pleinement accessibles dans cet organisme. Cela contraste avec les découvertes chez d'autres espèces, où les centromères sont souvent inaccessibles. L'étude suggère que, dans la levure de fission vivante, les étiquettes chimiques et les protéines de liaison ne fonctionnent pas en bloquant la porte de l'ADN. Au lieu de cela, le génome semble être globalement dynamique, la machinerie étant capable d'atteindre presque n'importe quelle partie de l'ADN, quel que soit le style de compactage local.

L'histoire change toutefois lorsque les chercheurs ont examiné les mêmes cellules après qu'elles ont été rompues pour isoler les noyaux. Dans ces échantillons isolés, la chromatine est devenue largement inaccessible, se comportant exactement comme le modèle traditionnel le prédisait. Dans ces noyaux isolés, les bobines protéiques étaient si étroitement compactées entre elles qu'il n'y avait presque aucun espace entre elles pour que les enzymes puissent entrer. Cet espacement serré, qui se produit lorsque la cellule n'est plus intacte, crée une barrière physique qui n'existe pas dans la cellule vivante. Par conséquent, l'étude indique que le système chimique de marques et de protéines de liaison dans cette levure ne réprime pas l'activité génique en empêchant l'accès à l'ADN. L'idée selon laquelle ces protéines agissent comme un verrou pour garder l'ADN caché semble être une interprétation erronée de ce qui se passe lorsque les cellules sont retirées de leur état naturel et vivant.