Dans le noyau, la chromatine, constituée d’ADN et de protéines, est en mouvement permanent. Grâce à une nouvelle méthode de microscopie et à des simulations physiques, certains membres de l’équipe PhysStatMath en collaboration avec l’équipe de K. Bystricky du Centre de Biologie Intégrative montrent que ses mouvements ralentissent lorsque les cellules humaines dupliquent leur génome. Publiés dans Nucleic Acids Research, ces travaux suggèrent que ce ralentissement résulte de l’augmentation de la quantité de chromatine dans le noyau.
Observer la chromatine en mouvement — Dans le noyau des cellules, l’ADN est associé à des protéines pour former la chromatine. Celle-ci est organisée en domaines dont la disposition contribue à la bonne régulation des gènes. Mais cette organisation n’est pas figée : la chromatine se déplace en permanence, sous l’influence combinée de l’agitation thermique, induisant un mouvement diffusif, et de différents processus cellulaires.
Pour étudier ces mouvements, les chercheurs et les chercheuses ont développé, dans une étude publiée dans la revue Nucleic Acids Research, une méthode de vidéo-microscopie qui permet de prendre une image toutes les 200 millisecondes. Dans des cellules humaines vivantes, la chromatine est rendue fluorescente afin de suivre les trajectoires de milliers de ses segments au sein du noyau.
Ils ont ensuite confronté ces trajectoires à des modèles physiques dans lesquels la fibre de chromatine est assimilée à un long polymère, c’est-à-dire une chaîne constituée d’une succession d’éléments, les nucléosomes. Cette méthode, appelée High-resolution Diffusion mapping (Hi-D), permet de cartographier les paramètres physiques qui caractérisent les mouvements de la chromatine et de comparer l’effet de différents processus biologiques.
Un ralentissement pendant la duplication du génome — Les auteur.es se sont intéressés aux mouvements de la chromatine au cours du cycle cellulaire, la succession d’étapes qui conduit à la division d’une cellule. Ce cycle comprend notamment une phase de croissance, appelée G1, puis une phase S durant laquelle l’ADN est dupliqué, et une seconde phase de croissance, G2, qui précède la division cellulaire.
Grâce à des marqueurs fluorescents permettant d’identifier ces étapes, l’équipe a montré que les mouvements de la chromatine ralentissent lorsque les cellules entrent en phase S et commencent à dupliquer leur génome.
Une conséquence de l’encombrement du noyau ? — Pour comprendre ce ralentissement, les auteur.es ont examiné deux phénomènes associés à la duplication de l’ADN. Le premier concerne les cohésines, des protéines en forme d’anneau qui maintiennent ensemble les copies de chromatine produites lors de la réplication. Ces liens sont essentiels pour répartir correctement le matériel génétique entre les deux cellules filles au moment de la division.
Les expériences réalisées dans un modèle cellulaire permettant de supprimer les cohésines montrent toutefois que le ralentissement des mouvements de la chromatine ne dépend pas de leur présence. Des simulations confirment que le nombre de liens assurés par ces protéines est insuffisant pour modifier sensiblement ces mouvements.
La seconde hypothèse concerne l’augmentation de la quantité de chromatine dans le noyau pendant la réplication. Pour l’étudier, les auteur.es ont simulé le comportement d’un long polymère confiné dans une sphère de plus en plus petite. Ses mouvements diffusifs ralentissent progressivement lorsque l’espace disponible diminue. Les paramètres obtenus sont comparables à ceux mesurés par microscopie dans les cellules vivantes au cours du cycle cellulaire.
Ces résultats suggèrent que l’encombrement croissant au sein du noyau lors de la duplication du génome contribue au ralentissement de la chromatine. En donnant accès aux mouvements du génome dans les cellules vivantes, la méthode Hi-D ouvre ainsi de nouvelles perspectives pour comprendre le fonctionnement et l’organisation du noyau.
Référence : Martin Rey-Millet, Léa Costes, Erwan Le Floch, Habib Ayoub, Quentin Saccomani, Manoel Manghi, Kerstin Bystricky, Cell cycle-dependent chromatin motion: a role for DNA content doubling over cohesion, Nucleic Acids Research, 54 (18), gkag951 (2026)
