Révéler le rôle des conflits cellulaires dans la maladie et le développement
Les conflits font partie intégrante de la vie. Les éviter et les résoudre est une compétence importante que nous acquérons très tôt et que nous continuons à pratiquer au quotidien. «Les conflits ne sont pas qu’un phénomène social entre des personnes», explique le coordinateur du projet ConflictResolution Stephan Hamperl(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) de Helmholtz Munich(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) en Allemagne. «Ils peuvent aussi apparaître à l’intérieur de notre corps, dans nos cellules.»
Étudier les conflits transcription-réplication
Des «machines moléculaires» s’assemblent sur nos chromosomes à des endroits distincts pour remplir leurs fonctions spécifiques. Le projet ConflictResolution, financé par le Conseil européen de la recherche(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), a été lancé pour étudier la régulation et la coordination de deux de ces machines, à savoir la transcription pour lire l’information génétique et la réplication de l’ADN pour dupliquer le génome. «La recherche suggère qu’il existe des mécanismes capables de séparer physiquement ces deux processus essentiels et d’éviter ce que l’on appelle les conflits transcription-réplication (TRC pour «transcription-replication conflicts»)», ajoute Stephan Hamperl. «Néanmoins, cette séparation n’est pas absolue, et certaines régions du génome peuvent être considérées comme des points chauds où ces deux machineries se rencontrent fréquemment.» Tout comme une mauvaise gestion des conflits sociaux peut entraîner des dommages importants, il en va de même pour les conflits cellulaires. Les TRC sont donc de puissantes sources d’instabilité, qui peuvent contribuer aux cancers, au vieillissement et aux maladies neurologiques.
Élargir la boîte à outils pour étudier les conflits cellulaires
Pour mieux comprendre ce phénomène, Stephan Hamperl avait déjà construit un système de rapporteur permettant d’identifier les rencontres spécifiques entre les machineries de transcription et de réplication. Dans le cadre de ConflictResolution, il a utilisé cette technique comme point de départ pour analyser plus en détail l’impact de ces collisions sur l’intégrité de l’ADN, dans le but d’identifier les facteurs protéiques nécessaires pour les résoudre et les surmonter. «ConflictResolution a élargi notre boîte à outils pour étudier les conflits cellulaires dans un génome de cancer du sein», explique Stephan Hamperl. «Les génomes cancéreux présentent des profils de transcription et de réplication aberrants qui peuvent mener à des TRC non programmés et contribuer à la transformation pathologique des cellules.» Le projet a mis en place un système destiné à cartographier ces sites de collision et à identifier les changements génétiques associés dans un modèle cellulaire de cancer du sein. En outre, il a évalué in vivo la contribution des TRC au cours du développement embryonnaire précoce, afin de déterminer leur rôle dans la transformation cellulaire au cours du développement et la différenciation cellulaire.
Les mécanismes moléculaires de la transcription et de la réplication
Un certain nombre d’avancées importantes ont été réalisées. «Par exemple, nous avons découvert une modification post-traductionnelle des histones, la méthylation H3K79, qui se dépose sur les sites des TRC, ce qui peut aider à résoudre le conflit», explique Stephan Hamperl. «Nous avons également découvert 88 nouveaux facteurs qui sont recrutés sur les sites de TRC. Parmi ceux-ci, nous avons pu caractériser plus en détail un facteur appelé protéine de liaison à la répétition du triplet CGG 1 (CGGBP1 pour «CGG-trinucleotide repeat binding factor 1»). Il s’agit d’un facteur d’atténuation des structures d’ADN déstabilisant le génome et des TRC qui en résultent.» De plus, Stephan Hamperl a découvert que les cellules pluripotentes (cellules qui se développent en différents types de cellules ou de tissus) coordonnent mal les mécanismes de transcription et de réplication et présentent des niveaux élevés de TRC. «Il s’agit d’une caractéristique moléculaire qui disparaît après la différenciation cellulaire en types de cellules plus spécialisés», explique-t-il. «Cela montre que les différents types de cellules n’ont pas tous la même capacité à faire face aux TRC.» Ces travaux nous ont aidés à confirmer que les TRC sont une source interne fréquente d’instabilité génétique et épigénétique, et soulignent l’importance de résoudre les TRC pour la santé cellulaire. L’impact de ces résultats pourrait être considérable. «En utilisant les outils analytiques mis au point dans le cadre de ConflictResolution, nous pouvons commencer à combler une lacune importante dans nos connaissances», ajoute Stephan Hamperl. «Nous pouvons maintenant étudier les mécanismes moléculaires qui coordonnent la transcription avec les processus de réplication et révéler les voies par lesquelles les TRC influencent la fonction cellulaire.» Ces résultats pourraient aider des scientifiques comme Stephan Hamperl à mieux comprendre la progression de la maladie et, en fin de compte, mener à de nouvelles approches thérapeutiques.
