Un programme d'hygiène pour les chromosomes

Même ce qui est remarquablement familier peut parfois donner lieu à de nouvelles découvertes : des chercheuses et chercheurs de l'ETH Zurich ont récemment identifié un compartiment jusqu'alors inconnu dans les cellules de mammifères. Ils et elles l'ont baptisé l'exclusome. Il est constitué d'anneaux d'ADN appelés plasmides. Les scientifiques viennent de publier les détails de leur découverte dans la revue Molecular Biology of the Cell.

C'est dans le plasma cellulaire que les chercheurs ont trouvé ce nouveau compartiment, qui est rare et n'a jamais été caractérisé auparavant. Cette découverte est exceptionnelle car les cellules eucaryotes (cellules à noyau) conservent généralement la majeure partie de leur ADN dans le noyau cellulaire, où il est organisé en chromosomes.

Certains des plasmides qui se retrouvent dans l'exclusome proviennent de l'extérieur de la cellule, tandis que d'autres - connus sous le nom d'anneaux télomériques - proviennent de l'extrémité des chromosomes, les télomères. Dans certaines cellules cancéreuses en particulier, les anneaux télomériques sont régulièrement pincés et assemblés pour former des anneaux. Or, ces anneaux ne contiennent pas les plans des protéines. Les chercheuses et chercheurs de l'ETH Zurich ont été les premiers et premières à montrer que le noyau cellulaire élimine ces anneaux d'ADN et les dépose, avec les plasmides provenant de l'extérieur de la cellule, dans le plasma cellulaire.

Cela prouve que les cellules sont capables de faire la différence entre, d'une part, l'ADN qui leur est propre et dont elles ont encore besoin et, d'autre part, l'ADN qui leur est étranger ou dont elles n'ont vraisemblablement plus besoin, qu'elles éjectent alors du noyau. «C'est l'une des principales fonctions d'hygiène que les cellules exercent pour protéger les chromosomes. Les plasmides qui ne peuvent pas être séparés pourraient théoriquement s'incruster dans les chromosomes. Il est plus probable que les gènes des plasmides nucléaires des virus ou des bactéries soient traduits en protéines, ce qui perturbe la physiologie de la cellule», explique Ruth Kroschewski, de l'Institut de biochimie de l'ETH Zurich.

L'exclusome déclenche-t-il des réponses auto-immunes ?

Les autres fonctions de l'exclusome ne sont pas encore claires. Ruth Kroschewski, qui a coordonné l'étude, pense que l'exclusome pourrait jouer un rôle dans la mémoire immunologique cellulaire. Depuis de nombreuses années, les biologistes du monde entier étudient une protéine spéciale qui s'accroche à l'ADN, en particulier à celui qui se trouve dans le plasma cellulaire. Il a déjà été établi que cette protéine se lie également aux anneaux d'ADN. Ce faisant, elle peut déclencher une cascade de signaux qui incite les cellules à produire et à libérer des substances messagères inflammatoires. Celles-ci indiquent à l'organisme qu'un agent pathogène, tel qu'un virus, pourrait poser un problème justifiant une réponse immunitaire.

Ruth Kroschewski et son équipe pensent qu'il est possible que la protéine en question s'accroche aux anneaux d'ADN présents dans l'exclusome, ce qui donne l'illusion prolongée d'une infection. «L'organisme continue à recevoir le signal que le problème est toujours là» , explique la chercheuse. Cela signifie que le système immunitaire n'a pas d'autre choix que de répondre au messager inflammatoire. «Et comme la cascade de signalisation pro-inflammatoire ne s'arrête pas mais se poursuit, cela pourrait bien faciliter les réponses auto-immunes telles que le lupus érythémateux disséminé» , explique Ruth Kroschewski.

Un vestige de l'évolution

Ruth Kroschewski suppose que l'exclusome remonte au début de l'évolution, lorsque les eucaryotes sont apparus. Il est communément admis que les premières cellules eucaryotes résultent de la fusion d'une forme primitive de bactérie avec un archéon, un organisme unicellulaire semblable à une bactérie. Leur ADN en forme d'anneau, qui provenait des deux organismes différents, devait être organisé et protégé contre la dégradation. Au fil de l'évolution, un mécanisme s'est développé pour garantir que les molécules d'ADN soient automatiquement enfermées dans une enveloppe membranaire - ce qui se produit au niveau de l'exclusome nouvellement découvert.

Bien que l'enveloppe de l'exclusome ressemble à celle du noyau cellulaire, elle est beaucoup plus simple, comme l'explique Ruth Kroschewski : «L'enveloppe de l'exclusome présente des lacunes que l'on ne peut observer dans l'enveloppe nucléaire qu'aux premiers stades de sa formation. Dans le cas de l'enveloppe nucléaire, ces lacunes se referment avec le temps ou sont comblées par des protéines de pore spécifiques. En revanche, l'enveloppe de l'exclusome ne se développe pas davantage. «L'exclusome est peut-être une première tentative de production d'un noyau cellulaire», explique Ruth Kroschewski.

La raison pour laquelle les plasmides sont enveloppés dans une membrane incomplète n'est pas claire. Il semble que seul l'ADN chromosomique soit jugé «suffisamment bon» pour être enfermé dans une enveloppe nucléaire entièrement formée, ce qui n'est pas le cas de l'ADN extra-chromosomique», explique la biologiste. L'ADN en forme d'anneau provenant de l'extérieur et les plasmides auto-fabriqués contenant la séquence des extrémités chromosomiques semblent ne pas avoir la caractéristique requise. «Nous ne savons pas encore quelle est cette caractéristique», précise Ruth Kroschewski. Il en va de même pour de nombreux aspects de cet organite récemment découvert. La biologiste cellulaire de l'ETH Zurich et son équipe prévoient maintenant de percer les mystères de l'exclusome en examinant les changements cellulaires au niveau de l'ADN plasmidique ainsi que la licence de dépôt des plasmides dans l'exclusome.