Quand nos cellules sommeillent : quiescence et renaissance

Les cellules vivantes peuvent sortir du cycle cellulaire normal (état de prolifération) et entrer dans un état alternatif (dormant) appelé quiescence. Les cellules entrent en quiescence lorsqu'elles manquent d'une ou plusieurs substances nutritives. Durant cet état fascinant, elles ont la capacité intrigante d'assurer leur viabilité pendant une longue période (parfois plusieurs mois ou plusieurs années) et de reprendre leur développement après s'être nourries des substances nutritives manquantes.

Bien que les cellules passent la plupart de leur temps dans un état de quiescence, la majeure partie des études réalisées dans des laboratoires de recherche se concentrent sur les cellules qui traversent un cycle cellulaire normal. Par conséquent, il existe très peu de données sur l'organisation des cellules en quiescence: comment survivent-elles au manque de substances nutritives durant d'aussi longues périodes, comment retournent-elles à nouveau dans le cycle cellulaire normal lorsque la substance nutritive manquante est ajoutée ?

Les cellules quiescentes ont plusieurs caractéristiques, dont une paroi cellulaire épaissie, un profil transcriptionnel (déf 1) spécifique ainsi qu'une résistance accrue à la chaleur et au stress oxydatif...L'équipe Taddei a récemment mis à jour la façon dont les noyaux cellulaires sont organisés, à l'intérieur de l'espace tridimensionnel du noyau. Grace à des approches de microscopie en fluorescence permettant de visualiser les extrémités des chromosomes (télomères), nous avons montré que le génome de cellules quiescentes est soumis à une réorganisation spatiale majeure. Chez la levure de boulanger, durant la phase exponentielle, la chromatine silencieuse (déf 2 et 3), trouvée principalement sur les 32 télomères, s'accumule sur l'enveloppe nucléaire, formant 3 à 5 foyers ; en quiescence, les télomères se réorganisent de manière spectaculaire en se regroupant sous la forme d'un « hypercluster » situé au centre du noyau. Pour comprendre comment s'organise le génome autour de cet hypercluster de télomères, nous utilisons actuellement des techniques de microscopie super-résolution, permettant l'observation de la structure de la chromatine de façon plus fine. Nos résultats ont révèle qu'autour de l'hypercluster de télomères, la chromatine est hautement compacte et présente une organisation concentrique, extrêmement différente de ce que l'on observe durant le cycle cellulaire normal. Lorsque la substance nutritive manquante est ajoutée, les cellules quiescentes peuvent entrer à nouveau dans le cycle cellulaire normal en seulement 30 minutes. L'origine de cette réorganisation drastique du génome reste inconnue à ce jour.

De manière plus générale, les mécanismes qui sous-tendent la « quiescence » et la « renaissance » des cellules demeurent mystérieux et font l'objet de nombreuses recherches actives.

définitions :

1. transcription: copie d'une séquence d'ADN en une molécule d'ARN. La transcription est la 1^ère étape permettant de "recopier" les données des gènes pour créer de la matière biologique.

2. chromatine: Substance formée d'ADN et de protéines histones, présente dans le noyau cellulaire

3. chromatine silencieuse: chromatine non-transcrite

L'image du titre représente des cellules en phase stationnaire dans lesquelles les télomères sont visibles en vert (Rap1-GFP) et le contour des cellules (en particulier les cicatrices dues aux division cellulaires) sont visibles en rouge (coloration blanche Calcofluor). Image fournie par M. Guidi, M. Ruault and A. Taddei, Institut Curie.

Références :

Spatial reorganization of telomeres in long-lived quiescent cells

Guidi, M., Ruault, M., Mrbouty, M., Loiodice, I., Cournac. A., Billaudeau, C., Hocher, A., Mozziconacci, J., Koszul, R. Taddei, A.

Genome Biol. 2015