Sommeil, veille, chasse, repos, une très grande partie des organismes terrestres vivent sur des cycles circadiens, êtres humains compris. On distingue deux grands types d’horloges internes. La première, chez les mammifères, se situe dans le cerveau, et plus exactement dans le noyau suprachiasmatique (SCN). Les secondes sont situées dans des cellules de régions périphériques du corps. Mais c’est bien sûr au niveau moléculaire que tout se joue. C’est là, dans le monde de l’ADN, de l’ARN et des protéines, que l’équipe d’Ueli Schibler, professeur à l’Université de Genève (UNIGE) et membre du Pôle de recherche national Frontiers in Genetics, a découvert un mécanisme fondamental qui explique ces rythmes de 24h par la capacité de l’ADN des chromosomes à se compacter et à se décompacter régulièrement.

Si chaque cellule de notre corps contient bien la totalité de nos gènes, elle n’utilise que ceux qui sont nécessaires à sa spécialité. Pour éviter que ces mêmes cellules n’activent un programme génétique qui ne leur correspondent pas, la nature a prévu de compacter l’ADN «en surplus» ou localement inutile en pelote serrée que les spécialistes appellent hétérochromatine.

Il y a donc deux qualités d’ADN dans un noyau cellulaire: l’ADN compacté, inutilisable, et l’ADN déroulé, dont les gènes peuvent être exprimés. Seulement, la vie est complexe et très souvent régie par des cycles circadiens. Nos phases d’éveil et de sommeil par exemple. Ces cycles soulignent que des gènes sont rendus actifs à certains moments de la journée et inactifs à d’autres. Se peut-il donc que ces gènes soient cycliquement compactés et décompactés? Et si oui, comment cela se fait-il?

L’équipe d’Ueli Schibler au Département de biologie moléculaire de l’UNIGE vient de marquer une étape décisive dans la compréhension des mécanismes moléculaires de ces cycles. Cette étude est publiée dans le numéro du mois de mars de la prestigieuse revue Nature Genetics.

«Au cœur de l’affaire, explique ce professeur et membre du Pôle Frontiers in Genetics, on trouve ce que l’on appelle une boucle de rétroaction entre des protéines dites positives et des protéines dites négatives. Les premières enclenchent le cycle et les secondes l’éteignent.»

C’est donc un jeu subtil d’expression et de répression de gènes qui, au bout du compte, explique l’existence de cycle dans le fonctionnement physiologique des organismes. Dans un premier temps, les gènes positifs facilitent l’expression des gènes négatifs. Puis, quand leur concentration atteint un niveau critique, les gènes négatifs deviennent capables de réprimer l’expression des gènes positifs et ainsi de stopper leur propre production. La boucle est bouclée et le cycle prêt à être recommencé.

«Ce que nous avons démontré, ajoute Ueli Schibler, c’est que l’expression et la répression des gènes sont accompagnées d’un mouvement de compaction cyclique de la chaîne de l’ADN. Quand elle est compacte, les gènes sont réduits au silence. Quand elle est déliée, ils peuvent être exprimés. On connaît depuis longtemps ces deux états d’organisation de l’ADN, mais c’est une vraie surprise de découvrir qu’ils peuvent se succéder de façon aussi dynamique, avec un cycle de 24h.»

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Genève, le 6 mars 2006