Un programme d'hygiène pour les chromosomes

Même dans le connu, on fait parfois des découvertes : Des chercheurs de l'ETH Zurich ont récemment identifié dans des cellules de mammifères un compartiment cellulaire rare et inconnu jusqu'alors. Ils l'appellent l'exclusome. Il contient des segments d'ADN en forme d'anneau, appelés plasmides. Ils viennent de présenter leur découverte dans la revue spécialisée Molecular Biology of the Cell.

Les chercheurs ont trouvé ce nouveau compartiment, qui n'avait pas encore été décrit, dans le cytoplasme des cellules. Il s'agit d'une particularité, car normalement les cellules eucaryotes (issues d'êtres vivants ayant un noyau) conservent la plupart de leur ADN dans le noyau, où il est organisé en chromosomes.

Les plasmides qui s'accumulent dans l'exclome proviennent de l'extérieur de la cellule ou des capuchons terminaux des chromosomes, les télomères. Dans certaines cellules cancéreuses notamment, ces zones d'ADN répétitives y sont régulièrement coupées et assemblées en anneaux. Ceux-ci ne sponsorisent toutefois pas de plan de construction pour les protéines. Le noyau cellulaire trie ces anneaux d'ADN et les plasmides provenant de l'extérieur et les déplace dans le cytoplasme, comme le montrent pour la première fois les chercheurs de l'ETH dans leur nouvelle publication.

La cellule peut donc distinguer son propre ADN encore nécessaire de l'ADN étranger ou probablement inutile et éliminer ce dernier du noyau cellulaire. "C'est une fonction d'hygiène importante du noyau cellulaire qui protège les chromosomes. Si les plasmides ne peuvent pas être isolés dans la cellule, ils peuvent théoriquement être intégrés dans les chromosomes. Mais il est plus probable que les gènes plasmidiques provenant de virus ou de bactéries soient traduits en protéines dans le noyau cellulaire. Cela perturbe la physiologie cellulaire", explique Ruth Kroschewski, responsable de l'étude à l'Institut de biochimie de l'ETH Zurich.

L'exclusome favorise-t-il les réactions auto-immunes ?

On ne sait pas encore quelles sont les autres fonctions de l'exclome. Selon Kroschewski, il pourrait avoir un rapport avec la mémoire immunitaire de la cellule. Depuis quelques années, les biologistes du monde entier étudient une protéine spéciale qui s'attache à l'ADN, en particulier à celui du cytoplasme cellulaire. Entre-temps, il a été démontré que cette protéine s'attache également aux anneaux d'ADN. Ce faisant, il est possible qu'elle déclenche une cascade de signaux qui amènent les cellules à produire et à libérer des messagers inflammatoires. Ces messagers signalent au corps qu'il pourrait y avoir un problème avec un agent pathogène tel qu'un virus et qu'une réponse immunitaire est nécessaire.

Kroschewski et son équipe pensent qu'il est possible que la protéine s'attache aux anneaux d'ADN dans l'exclusome et simule ainsi une infection pendant une longue période. "Le corps apprend que le problème persiste", explique la chercheuse. Le système immunitaire doit alors réagir au messager inflammatoire, poursuit-elle. "Et comme la cascade de signaux favorisant l'inflammation ne s'arrête pas, mais continue, cela pourrait favoriser les inflammations chroniques et les réactions auto-immunes comme le lupus érythémateux systémique", explique Kroschewski.

Vestige de l'évolution

La chercheuse de l'ETH part du principe que l'exclusome est ancien du point de vue de l'évolution et qu'il date des premiers temps des eucaryotes. Selon les idées re?ues, la première cellule eucaryote est née de la fusion d'une bactérie primitive avec un archéon, un organisme unicellulaire ressemblant également à une bactérie. L'ADN circulaire, qui provenait de deux organismes différents, devait être organisé et protégé de la dégradation. Pour ce faire, un mécanisme s'est développé au cours de l'évolution, qui veille à ce que les molécules d'ADN soient automatiquement emballées dans une enveloppe membranaire - comme c'est le cas pour l'exclusome qui vient d'être découvert.

Car si l'enveloppe de l'exclosome ressemble à celle du noyau, elle est nettement plus simple, comme l'explique Kroschewski : "L'enveloppe de l'exclosome présente des lacunes qui ne sont observées dans l'enveloppe du noyau qu'au début de sa formation."Dans le cas de l'enveloppe nucléaire, ces lacunes se comblent avec le temps ou sont remplies par des pores de protéines spécifiques. En revanche, l'enveloppe de l'exclome n'évolue pas. " L'exclome est peut-être la première tentative de formation d'un noyau cellulaire ", explique Kroschewski.

Ce qui n'est toutefois pas clair, c'est pourquoi les plasmides ne sont emballés que dans une enveloppe membranaire incomplète. "Il semble que seul l'ADN chromosomique soit 'qualifié' pour une enveloppe nucléaire complète, mais pas l'ADN non chromosomique", explique Kroschewski. L'ADN externe (en forme d'anneau) et les plasmides, qui sont fabriqués en interne à partir de séquences de télomères, ne possèdent probablement pas une telle caractéristique de qualification. "On ne sait pas ce qu'est cette caractéristique", dit la biologiste - comme beaucoup de choses dans cet organite nouvellement découvert. La biologiste cellulaire de l'ETH et son équipe veulent donc étudier prochainement les modifications de l'ADN plasmidique dans la cellule et la "licence" pour le transport des plasmides dans l'exclome afin d'en percer les secrets.