L’organisation 3D des chromosomes joue un rôle dans de nombreux processus biologiques. L’anneau formé par le complexe cohésine est un régulateur important de cette organisation, notamment chez les mammifères où il établit des boucles de chromatine lors de l’interphase. Des chercheurs de l’Unité Régulation Spatiale des Génomes et du CNRS montrent que de telles boucles structurent les chromosomes de levure en métaphase et caractérisent les protéines régulant leur taille et positionnement.
Le moteur moléculaire cohésine est un complexe en forme d’anneau de la famille « SMC », dont les membres sont conservés dans tous les organismes. Jusqu’à récemment, la cohésine était principalement étudiée pour son rôle clé dans le maintien de la cohésion des chromatides-sœurs (CCS) après réplication, nécessaire pour assurer leur ségrégation lors de la séparation des chromosomes.
Récemment, de nombreuses études, montrent qu’en plus de ce rôle ce complexe établit et maintient chez les mammifères des boucles de chromatine le long des chromosomes en interphase, c’est-à-dire hors des périodes de division cellulaire. Il est proposé que la cohésine capture de petites boucles à travers son anneau, qui sont alors progressivement agrandies. Ces boucles semblent impliquées dans la régulation de processus biologiques tels que la transcription, par exemple en permettant à des régions activatrices ou répressives éloignées de se rapprocher d’un gène. Les mécanismes qui régulent la formation, l'extension et le positionnement de ces boucles sont activement étudiés.
En utilisant la capture de conformation de chromosomes (Hi-C) sur la levure Saccharomyces cerevisiae, les chercheurs ont révélé que ce complexe était capable d’induire des boucles de chromatine, non en interphase, mais en métaphase (stade de la mitose où les chromosomes dupliqués sont encore regroupés avant l'anaphase). Ces boucles sont établies jouent un rôle dans la compaction chromosomique, et de nouveaux acteurs protéiques régulant leurs tailles ont été caractérisés. Ainsi, les protéines Eco1 et Wpl1, également trouvées dans le complexe cohésine de l’homme, régulent négativement l’extension des boucles d’ADN. Elles sont recrutées sur la cohésine par la protéine Pds5, via deux voies indépendantes qui régulent le positionnement des boucles et leurs tailles.
Cette étude montre que les processus moléculaires de formation de boucles régulées par la cohésine sont conservés entre l’homme et la levure, mais qu’ils ont été sélectionnés au cours de l’évolution pour répondre à des fonctions biologiques différentes.
Deux activités s’opposent à l’expansion des boucles d’ADN: l’activité Wpl1 dissocie les cohésines sur l’ADN, alors qu’Eco1 verrouille le moteur moléculaire des cohésines à l’avancée des cohésines sur l’ADN. Ces protéines sont recrutées par Pds5 sur la cohésine.
Source : Molecular Cell, March 19 2020 doi: 10.1016/j.molcel.2020.01.019
