2011

Un code barre unique caractérise l'activité de chaque gène - Des chercheurs de l’UNIGE et de l’EPFL mesurent en direct l’expression de gènes individuels dans des cellules distinctes et en déchiffrent les modes de fonctionnement

L’activité des gènes d’un organe est régulée de manière précise, alors que les cellules et les gènes individuels qui le constituent semblent faire leur travail de façon désordonnée. Comment est-ce possible? Afin de déchiffrer les codes barres de l’activité des gènes de mammifères, deux équipes de l’Arc lémanique, l’une pilotée par Ueli Schibler à l’UNIGE et l’autre par Felix Naef à l’EPFL, ont développé de nouveaux outils biotechnologiques et mathématiques. Les chercheurs ont ainsi pu déterminer en direct comment des gènes individuels sont transcrits à partir de leur matrice d’ADN, dans des cellules distinctes. L’étude, détaillée dans l’édition en ligne du 17 mars 2011 de la revue Science, démontre que chaque gène est caractérisé par un mode d’expression spécifique.

L’ensemble des fonctions cellulaires nécessaires à la vie des mammifères, tels que les humains ou les souris, repose sur quelque 25’000 gènes. L’information contenue dans la séquence ADN d’un gène est tout d’abord transcrite en une molécule intermédiaire appelée ARN messager (mRNA) qui est, à son tour, traduite en une protéine. Ces dernières sont comparables à des «nano-machines» qui exécutent des fonctions spécifiques.

Les généticiens sont intrigués par le fait que l’activité des gènes d’un organe est régulée de manière précise, alors qu’il existe une grande variabilité dans l’expression des gènes au niveau des cellules individuelles. «Nous savions que les gènes étaient transcrits durant des poussées d’activité de courte durée, mais sans pouvoir expliquer comment cela s’inscrivait dans le cadre d’une régulation homogène dans son ensemble», explique Ueli Schibler, professeur à l’Université de Genève (UNIGE) et membre du Pôle de recherche national Frontiers in Genetics.

Les intervalles silencieux sont tout aussi importants
En collaboration avec le groupe de Felix Naef, professeur à l’Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), les chercheurs ont réussi à mesurer, en temps réel, comment des gènes individuels sont transcrits à partir de leur matrice d’ADN dans des cellules de peau de souris distinctes les unes des autres. Ils ont découvert que la quantité de mRNA produit lors des poussées, la durée des intervalles silencieux, ainsi que les rythmes de transition entre les phases ON et OFF de la transcription sont caractéristiques d’un gène donné. «Cette observation concilie le fait que des gènes peuvent être actifs de façon apparemment aléatoire et produire néanmoins une quantité d’ARN messager précise et spécifique lorsque le phénomène est mesuré dans une grande population de cellules», relève Félix Naef, qui est physicien théorique de formation.

Un exploit biotechnologique et mathématique
Pour obtenir ces résultats, l’équipe a dû développer des méthodes expérimentales innovantes et de nouveaux outils de modélisation mathématique. «Le fait de combiner la microscopie à bioluminescence ultrasensible au génie génétique nous a permis de suivre la transcription dans une cellule individuelle à une résolution temporelle jamais atteinte», rapporte David Suter, post-doctorant et co-premier auteur de l’article. «Il est très stimulant de travailler avec des données aussi précises, car elles nous ont permis de développer de nouveaux algorithmes computationnels pour caractériser de manière exacte les modes de transcription temporels», renchérit Nacho Molina, physicien, et lui aussi co-premier auteur de cette étude.
Le concept d’une transcription de gènes sous forme de poussées fait à présent l’objet d’une attention considérable parmi les biologistes. En effet, l’aspect aléatoire inhérent à ce processus pourrait contribuer de façon significative à la diversité existant entre les cellules.

CONTACTS: Ueli Schibler, tél: +41 22 379 61 75, Félix Naef , tél: +41 21 693 16

18 mars 2011
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