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L’effet papillon ou les paradigmes de la recherche sur le centromère

Quand une découverte sur l’étude de l’architecture – très particulière – des centromères chez les insectes change la donne de l’un des mécanismes les plus emblématiques de la biologie, à savoir la division cellulaire, difficile de ne pas penser au célèbre effet papillon. D’autant plus que la toute nouvelle équipe d’Ines Anna Drinnenberg étudie ce phénomène chez le papillon.

© DR
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L’évolution des centromères est le fil conducteur des recherches d’Ines Anna Drinnenberg et de son équipe. Alors que le centromère est déjà sous l’objectif de plusieurs équipes de recherches de l’Institut Curie, étudier son évolution à travers les âges et les espèces peut paraître étonnant dans un centre de recherche dédié à la compréhension des mécanismes de la cancérogenèse. « Pas du tout, réplique immédiatement Ines Drinnenberg, chargée de recherché CNRS. Le développement d’une tumeur s’apparente à une version accélérée des processus de l’évolution. La différence : les changements cellulaires n’apparaissent pas sur des millions d’années, mais beaucoup plus rapidement dans les cellules tumorales. »

Ainsi l’étude de la perte d’un gène au cours de l’évolution est une bonne alternative pour analyser ses fonctions. C’est exactement l’approche qu’a développé d’Ines Drinnenberg au cours de son post-doctorat dans l’équipe de Steve Henikoff au Fred Hutchinson Cancer Research Center à Seattle (USA). Son étude du génome des insectes a remis en cause l’universalité des protéines impliquées dans la division cellulaire (1).

Nouveau regard sur le centromère

La division est un évènement majeur de la vie des cellules. C’est à ce moment que le centromère prend toute son importance. Il est le point d’ancrage nécessaire au guidage des chromosomes lors de leur partage entre les deux futures cellules filles. Si des erreurs surviennent lors de cette étape clé, les conséquences peuvent être très délétères. « Des altérations du centromère sont fréquemment observées lors du développement d’un cancer », ajoute la jeune chercheuse.

Alors que la fonction du centromère est conservée, son architecture varie d’une espèce à l’autre. Observés par microscopie dès 1880, les chromosomes prêts à être séparés entre les deux cellules filles, apparaissent sous forme d’un X (chaque barre du X étant une copie identique de l’autre qui ensuite aller rejoindre une cellule fille). Le centromère est facilement identifiable car il occupe le point de jonction.

Des études plus poussées ont ensuite révélées que le centromère pouvait avoir des tailles très variées et recouvrir des séquences d’ADN, allant de quelques paires de bases dans les levures à des millions de paires de bases dans les cellules humaines. Dans certaines lignées cellulaires, le centrosome s’étend même sur l’ensemble du chromosome. On parle alors de chromosome holocentrique. L’émergence des chromosomes holocentriques au fil de l’évolution demeure une énigme. « Nous avons découvert que l’apparition d’holocentromère chez les insectes est associée à des changements dans le mécanisme de séparation des chromosomes, précise la chercheuse. Par ailleurs, la responsabilité de cette différence incombe au variant de l’histone H3, CenH3, qui joue un rôle dans le fonctionnement du centromère. « Effectivement cette protéine a disparu chez tous les insectes ayant des chromosomes holocentriques », complète la biologiste, dont les recherches porteront sur les mécanismes de ségrégation des chromosomes dans des lignées de cellules de mite et de papillon. Pour élucider cette énigme, elle pourra bien évidemment compter sur les autres équipes de l’Institut Curie expertes de la biologie du centromère.

(1) Recurrent loss of CenH3 is associated with independent transitions to holocentricity in insects.
Drinnenberg IA, deYoung D, Henikoff S, Malik HS.
Elife. 2014 Sep 23;3. doi: 10.7554/eLife.03676.

Rédaction : Céline Giustranti.

10/03/2016