Rôle des télomères dans l’assemblage post-mitotique de l’enveloppe nucléaire
Le génome, qui contient les instructions de l’ADN nécessaires à la création d’un organisme, est stocké dans le noyau de la cellule. L’enveloppe nucléaire, une membrane qui entoure le noyau et le sépare du reste de la cellule, joue un rôle crucial à l’heure d’assurer l’organisation efficace du génome. Le génome proprement dit se compose de chromosomes linéaires porteurs du patrimoine génétique, tous terminés par des structures protectrices appelées télomères. Ces derniers fonctionnent comme une horloge moléculaire. Ils marquent le processus de vieillissement en se raccourcissant à mesure que les cellules se divisent jusqu’à atteindre une taille critique à partir de laquelle la division cellulaire cesse. Le projet TeloHOOK, financé par l’UE, a pour ambition d’étudier le rôle que les télomères sont susceptibles de jouer dans la distribution des chromosomes dans le noyau des cellules humaines, et, partant, leur incidence sur le vieillissement et les maladies. Comme l’explique Laure Crabbe, coordinatrice du projet: «Chez des organismes comme la levure et les vers, les télomères sont “ancrés” à l’enveloppe nucléaire. On ignorait si ce phénomène se produisait également chez l’homme et quel en serait l’impact.» TeloHOOK a mis au point une nouvelle technique, baptisée MadID, pour cartographier les interactions protéine-ADN, ce qui a aidé l’équipe à identifier les protéines qui favorisent l’ancrage des télomères à l’enveloppe nucléaire. Une lignée de cellules génomiques issue du génie génétique a ensuite permis à l’équipe de suivre au microscope la dynamique des télomères et de la modéliser par ordinateur. «Ces techniques nous ont permis de mettre en lumière un rôle jusqu’à présent inconnu des télomères dans la mitose cellulaire et de porter un regard neuf sur les événements qui ont lieu quand les choses tournent mal», résume Laure Crabbe, précédemment rattachée au Centre national de la recherche scientifique, qui accueille le projet. MadID, ainsi que les plasmides nécessaires, sont désormais mis à la disposition de la communauté de la recherche.
Suivi des protéines marqueurs
TeloHOOK s’est attaché à améliorer nos connaissances sur la manière dont l’interaction entre les télomères et l’enveloppe du noyau des cellules influençaient la mitose ou la division cellulaire et, en particulier, une étape appelée «assemblage post-mitotique de l’enveloppe nucléaire». La méthode MadID (Methyl Adenine Identification), fraîchement développée par l’équipe, a d’abord permis de réaliser une cartographie à haute résolution des sites de contact entre télomères et enveloppe nucléaire. Les chercheurs ont ensuite eu recours à la spectrométrie de masse pour identifier des protéines spécifiques impliquées dans l’interaction entre les télomères et l’enveloppe nucléaire, ainsi que celles qui semblaient liées aux télomères pendant l’«assemblage post-mitotique de l’enveloppe nucléaire». Afin d’examiner l’organisation des télomères dans le noyau dans ses moindres détails, l’équipe a utilisé une combinaison de microscopie de cellules vivantes et à super résolution et de modélisation 3D. Ses membres ont utilisé CRISPR-Cas9 pour marquer, au moyen d’une sonde fluorescente, une protéine qui se lie spécialement aux télomères, rendant ainsi possible le suivi de ces derniers dans les cellules vivantes à l’aide de la microscopie confocale Airyscan. Le fait d’être en mesure de suivre le mouvement des télomères a permis aux chercheurs d’étudier et de modéliser leur fonctionnement. «Nous avons découvert qu’après la désagrégation de l’enveloppe nucléaire de la cellule visant à libérer les chromosomes pendant la mitose, les télomères semblent orchestrer le réassemblage de cette même enveloppe nucléaire», explique Laure Crabbe. L’équipe s’est également intéressée aux phénomènes à l’œuvre lorsque l’intégrité de l’enveloppe nucléaire est compromise. Elle s’est donc penchée sur le syndrome de vieillissement précoce, aussi connu sous le nom de (progéria ou de syndrome d’Hutchinson-Gilford) (HGPS). «Nous avons constaté comment la désorganisation des télomères dans le noyau compromet l’entretien cellulaire, accélérant le raccourcissement de ces mêmes télomères, ce qui déclenche les aspects biologiques du vieillissement, qui se manifestent normalement à un stade ultérieur», ajoute Laure Crabbe.
L’avenir d’une approche à haut risque et à gain élevé
Un génome dont l’organisation permet que ses instructions soient lues correctement est une condition sine qua non à la fonction cellulaire de tout tissu de tout organisme vivant. En plus de contribuer à la recherche fondamentale, les résultats de TeloHOOK ont des incidences sur la recherche sur le vieillissement et les possibilités de traitement du cancer et des maladies génétiques rares, comme la progéria. Laure Crabbe propose d’étudier plus en détail certaines protéines identifiées au cours du processus de sélection, ainsi que les mécanismes sous-jacents de leur interaction avec les télomères. Et d’ajouter: «Par exemple, s’agissant des télomères qui se lient à une protéine de l’enveloppe nucléaire pendant l’assemblage post-mitotique de l’enveloppe nucléaire: que se passe-t-il en cas de déplétion ou de surexpression de la protéine? Nous n’en avons aucune idée.»
Mots‑clés
TeloHOOK, télomère, chromosome, génétique, cellule, noyau, mitose, syndrome d’Hutchinson-Gilford, génome, ADN, vieillissement, cancer
