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Les scientifiques de MIT découvrent comment les boîtiers moléculaires agissent l'un sur l'autre avec des chromosomes au noyau

Une cellule enregistre tout son matériel génétique à son noyau, sous forme de chromosomes, mais ce n'est pas tout ce qui est remplié loin dedans là. Le noyau est également à la maison aux nucleoli appelés de petits fuselages - ; boîtiers des protéines et de l'ARN qui aident à établir des ribosomes.

Utilisant des simulations sur ordinateur, les pharmaciens de MIT ont maintenant découvert comment ces fuselages agissent l'un sur l'autre avec des chromosomes au noyau, et comment l'aide de ces interactions les nucleoli existent en tant que gouttelettes stables dans le noyau.

Leurs découvertes proposent également que les interactions chromatine-nucléaires de fuselage aboutissent le génome pour prendre une structure colloïdale, qui aide à introduire des interactions stables entre le génome et les machineries de transcription. Ces interactions aident l'expression du gène de contrôle.

Ce modèle nous a inspirés penser que le génome peut avoir des caractéristiques colloïdales qui pourraient aider le système pour coder les contacts importants et l'aide traduisent davantage ces contacts en sorties fonctionnelles. »

Coffre Zhang, le professeur agrégé de développement de la vie professionnelle de Pfizer-Laubach de la chimie au MIT, membre d'associé de l'institut grand de Harvard et du MIT, et auteur supérieur de l'étude

Le Qi de Yifeng d'étudiant de troisième cycle de MIT est l'auteur important du papier, qui apparaît aujourd'hui dans des transmissions de nature.

Modélisation des gouttelettes

Beaucoup de la recherche de Zhang se concentre sur modéliser la structure en trois dimensions du génome et analyser comment cette structure influence le règlement de gène.

Dans l'étude neuve, il a voulu étendre le sien modélisant pour inclure les nucleoli. Ces petits fuselages, qui décomposent au début de la division cellulaire et puis reprennent plus tard dans le procédé, se composent de plus que mille molécules différentes d'ARN et de protéines. Un des fonctionnements principaux des nucleoli est de produire l'ARN ribosomique, une composante des ribosomes.

Les études récentes ont proposé que les nucleoli existent en tant que gouttelettes liquides multiples. Ceci déconcertait parce que dans des conditions normales, les gouttelettes multiples devraient éventuellement fusionner dans une grande gouttelette, pour réduire à un minimum la tension superficielle du système, Zhang dit.

« Qui est où le problème devient intéressant, parce qu'au noyau, d'une certaine manière ces gouttelettes multiples peuvent demeurer stables en travers d'un cycle cellulaire entier, plus d'environ 24 heures, » il dit.

Pour explorer ce phénomène, Zhang et Qi avaient l'habitude une simulation appelée de dynamique moléculaire de technique, qui peut modéliser comment les évolutions des systèmes moléculaires au fil du temps. Au début de la simulation, les protéines et l'ARN qui composent les nucleoli sont fait au hasard distribués dans tout le noyau, et les pistes de simulation comment elles forment graduellement de petites gouttelettes.

Dans leur simulation, les chercheurs ont également inclus la chromatine, la substance qui compose des chromosomes et des protéines d'incudes ainsi que l'ADN. Utilisant des caractéristiques des expériences précédentes qui ont analysé la structure des chromosomes, l'équipe de MIT a prévu l'énergie d'interaction des différents chromosomes, qui leur ont permis de fournir les représentations réalistes des structures du génome 3D.

Utilisant ce modèle, les chercheurs pouvaient observer comment les gouttelettes de nucleoli forment. Ils ont constaté que s'ils modélisaient les composantes nucléolaires sur leurs propres moyens, sans la chromatine, ils protégeraient par fusible éventuellement dans une grande gouttelette, comme prévu. Cependant, une fois que la chromatine était introduite dans le modèle, les chercheurs ont constaté que les nucleoli ont formé les gouttelettes multiples, juste comme ils font en cellules vivantes.

Les chercheurs également découverts pourquoi cela se produit : Les gouttelettes de nucleoli deviennent attachées à certaines régions de la chromatine, et une fois cela se produit, la chromatine agit en tant que frottement qui empêche les nucleoli de protéger par fusible entre eux.

« Ces forces essentiellement arrêtent le système dans ces petites gouttelettes et les gênent de fusionner, » Zhang dit. « Notre étude est la première pour mettre en valeur l'importance de ce réseau de chromatine qui pourrait de manière significative ralentir la fusion et arrêter le système dans sa condition de gouttelette. »

Contrôle de gène

Les nucleoli ne sont pas les seules petites structures trouvées au noyau - ; d'autres comprennent les granularités laser nucléaires et la lame nucléaire, une enveloppe qui entoure le génome et peut gripper à la chromatine. Le groupe de Zhang travaille maintenant à modéliser les cotisations de ces structures nucléaires, et leurs découvertes initiales proposent qu'elles aident à donner les propriétés plus colloïdales de génome, Zhang dit.

« Ce couplage que nous avons observé entre la chromatine et les fuselages nucléaires n'est pas spécifique aux nucleoli. Il est général à d'autres fuselages nucléaires aussi bien, » il dit. « Cette concentration nucléaire de fuselage changera principalement la dynamique de l'organisme de génome et tournera très vraisemblablement le génome d'un liquide à un gel. »

Cette condition colloïdale le faciliterait pour différentes régions de la chromatine pour agir l'un sur l'autre les uns avec les autres que si la structure existait dans une condition liquide, il dit. La mise à jour des interactions stables entre les régions éloignées du génome est importante parce que des gènes sont souvent réglés par les extensions de la chromatine qui sont matériel éloignées de elles.

La recherche a été financée par les instituts nationaux de la santé et de Gordon et de la fondation de Betty Moore.

Source:
Journal reference:

Qi, Y & Zhang, B., (2021) Chromatin network retards nucleoli coalescence. Nature Communications. doi.org/10.1038/s41467-021-27123-9.