Les gardiens moléculaires surveillent les chromosomes lors de la division cellulaire

Le biologiste cellulaire Needhi Bhalla étudie la chorégraphie complexe de la division cellulaire et l'appareil de surveillance chromosomique qui protège du désastre

By

L'une des pires choses qui puisse arriver à une cellule est de se retrouver avec un mauvais nombre de chromosomes. Cela peut se produire si quelque chose ne va pas pendant la division cellulaire et cela peut entraîner l'infertilité, des fausses couches, des anomalies congénitales ou un cancer. Environ 30% des fausses couches sont dues à un nombre incorrect de chromosomes dans les cellules de l'embryon.

Le biologiste cellulaire Needhi Bhalla étudie comment les chromosomes se surveillent tout au long de la chorégraphie complexe de la division cellulaire afin de prévenir de telles erreurs. Ses recherches portent sur un type spécial de division cellulaire, appelé méiose, qui produit des ovules chez les femelles et du sperme chez les mâles. Ce processus est radicalement différent de la division cellulaire par laquelle les cellules ordinaires se multiplient (appelée mitose).

"Il est important de savoir comment fonctionnent ces mécanismes biologiques de base afin que nous puissions comprendre ce qui se passe quand ils se détériorent", a déclaré Bhalla, professeur agrégé de biologie moléculaire, cellulaire et du développement à l'UC Santa Cruz. «Nous savons qu'un nombre incorrect de chromosomes entraîne des troubles génétiques et des anomalies congénitales. Comprendre comment cela se produit peut nous aider à le prévenir ou à identifier des marqueurs de diagnostic afin que les personnes soient mieux placées pour prendre des décisions en matière de santé de la reproduction ».

Mélanger le jeu

Quand on considère tout ce que les chromosomes doivent faire pendant la méiose, il est étonnant que le processus produise jamais un ovule ou un sperme viable. Une étape clé, appelée recombinaison, implique des chromosomes échangeant des pans entiers d'ADN. C’est comme brouiller un jeu de cartes et c’est la raison pour laquelle les frères et sœurs peuvent être si différents bien qu’ils aient les mêmes parents.

«La recombinaison implique de couper délibérément l’ADN, c’est donc lourd, et il est extrêmement intéressant de voir comment les cellules ont évolué pour y faire face. Vous avez un mécanisme sujette aux erreurs et une couche complexe superposant cette structure pour limiter les erreurs », a déclaré Bhalla.

Lire Aussi :  Raisons merveilleuses d'accueillir le mangoustan sauvage dans votre cuisine

Pourquoi la méiose est-elle un processus aussi complexe et sujet aux erreurs? Comme pour la plupart des choses en biologie, la réponse réside dans l'évolution et la sélection naturelle. La reproduction sexuée, avec le brassage des ponts par recombinaison au cours de la méiose, génère la diversité génétique de la progéniture qui constitue la matière première de la sélection naturelle.

«La méiose génère de nouvelles combinaisons génétiques et la sélection naturelle agit sur cela. Tout ce que nous voyons dans l'évolution est le produit de ce qui se passe dans la méiose », a déclaré Bhalla.

Points de contrôle

Le système de surveillance chromosomique qu'elle étudie comporte une série de points de contrôle permettant de s'assurer que chaque étape de la méiose est correctement effectuée avant que la cellule ne passe à l'étape suivante. Les points de contrôle sont des mécanismes moléculaires qui peuvent interrompre le cycle cellulaire jusqu'à ce que tout soit en ordre pour la prochaine étape. Ils peuvent même causer l'autodestruction d'une cellule si des erreurs se sont produites.

Dans la méiose, il y a beaucoup d'étapes à surveiller. La plupart des cellules du corps possèdent deux ensembles de chromosomes, l'un provenant du père et l'autre de la mère. Les ovocytes et les spermatozoïdes n'ont qu'un seul jeu de chromosomes, de sorte que la fécondation, lors de la fusion de l'ovule et du sperme, produira un embryon avec deux jeux de chromosomes. Une des fonctions clés de la méiose consiste donc à effectuer cette réduction en un seul ensemble de chromosomes. Cela commence par l’appariement de chromosomes homologues: le chromosome 19 de maman correspond au chromosome 19 de papa, et ainsi de suite.

Lorsque des chromosomes homologues se couplent, ils assemblent une structure appelée complexe synaptonémique qui les maintient ensemble. À ce stade, la recombinaison mélange les ponts génétiques lorsque les deux chromosomes homologues échangent des sections de l'ADN. Ensuite, le complexe synaptonémal se décompose et les chromosomes homologues se séparent en deux cellules filles. Et ce n’est que la première partie.

"Il y a un point de contrôle qui s'assure que les chromosomes sont correctement synchronisés, un point de contrôle qui surveille la recombinaison, un autre qui garantit que les chromosomes sont attachés à l'appareil qui les séparera, etc.", a déclaré Bhalla. .

Lire Aussi :  Les personnes en bonne santé peuvent avoir des pics de glucose au niveau du diabète

La deuxième partie de la méiose implique la séparation des chromosomes en double. Avant le début de la méiose ou de la mitose, tous les chromosomes se copient et les copies (appelées chromatides soeurs) sont maintenues ensemble. Au cours de la mitose et du deuxième stade de la méiose, les chromatides soeurs se séparent en cellules filles séparées.

Esprit gardien

Dans une nouvelle étude publiée le 4 octobre dans Current Biologyle laboratoire de Bhalla a étudié une molécule de point de contrôle appelée shugoshin, qui signifie "esprit gardien" en japonais. Shugoshin a été initialement identifié comme important dans la méiose pour réguler la façon dont les chromatides soeurs sont maintenues ensemble au sein d'une structure appelée le centromère. Le laboratoire de Bhalla a découvert qu’il jouait un rôle beaucoup plus important dans la méiose, établissant la structure correcte des chromosomes et garantissant la progression correcte de la recombinaison.

"Ces protéines sont multitâches, et les cellules les utilisent pour plusieurs fonctions afin de faire en sorte que les chromosomes fassent des choses incroyablement différentes dans différents contextes", a déclaré Bhalla.

Les chromosomes contiennent l’empreinte génétique de l’organisme dans leur ADN, mais l’ADN n’est qu’un élément d’une structure chromosomique extrêmement complexe comprenant de nombreuses protéines ayant différentes fonctions, du conditionnement de l’ADN au suivi du comportement du chromosome lui-même.

«Les chromosomes participent à la surveillance de leur propre comportement. C’est une beauté, car ce sont des participants actifs où on peut s’attendre à ce qu’ils soient passifs », a déclaré Bhalla. "Quand on voit la division cellulaire, avec les chromosomes alignés et séparés, on dirait qu'ils sont passifs, mais on sait qu'ils sont des participants actifs, et leur structure contribue à cela."

Outre Bhalla, les coauteurs de la nouvelle étude incluent les étudiants diplômés Tisha Bohr (auteur principal) et Christian Nelson, ainsi que les techniciens de recherche Stefani Giacopazzi et Piero Lamelza. Ce travail a été soutenu par les Instituts nationaux de la santé.

UC SANTA CRUZ

Tags: