Une cartographie monumentale : le génome humain se révèle enfin en quatre dimensions

Du plan d’architecte à la maquette vivante

Cela fait un peu plus de vingt ans que le projet du génome humain a été achevé. Une éternité, non ? À l’époque, c’était une révolution absolue. Mais aujourd’hui, les scientifiques impliqués dans le projet 4D Nucleome viennent de franchir une étape qui fait passer nos anciennes connaissances pour de simples brouillons. Ils ont créé une carte détaillée qui ne se contente pas de présenter le génome humain en 3D, mais qui révèle aussi comment ses différents composants interagissent les uns avec les autres au fil du temps.

Pour vous donner une image, si le premier projet était un plan d’architecte à plat, celui-ci est une maquette à l’échelle avec des pièces mobiles. C’est vivant, ça bouge. Feng Yue, qui est professeur de médecine moléculaire (titulaire de la chaire Duane et Susan Burnham, pour être précis) au département de biochimie et de génétique moléculaire de l’Université Northwestern, a résumé la situation dans un communiqué. Il explique que comprendre comment le génome se plie et se réorganise en trois dimensions est tout simplement essentiel pour comprendre le fonctionnement même de nos cellules.

Au-delà des lettres : quand la recette de cuisine prend vie

Jusqu’à présent, on nous présentait toujours le génome comme une séquence de code interminable. Vous savez, cette série de lettres représentant les bases chimiques : A pour adénine, C pour cytosine, G pour guanine et T pour thymine. Imaginez un livre de recettes gigantesque avec seulement quatre ingrédients. C’est une prouesse incroyablement impressionnante, je ne dis pas le contraire ; elle a contribué à d’innombrables découvertes médicales et scientifiques, des percées dans la médecine personnalisée jusqu’au développement de CRISPR. Mais bon, soyons honnêtes, cela ne raconte qu’une partie de l’histoire.

Pourquoi ? Parce que le génome humain n’est pas linéaire. Ce n’est pas une ligne droite. Il fait des boucles, il se replie sur lui-même, un peu comme un fil de téléphone entortillé. Les gènes interagissent entre eux, et ces interactions peuvent déterminer quels gènes sont activés (« on ») et quels gènes sont éteints (« off »). C’est ce mécanisme qui peut affecter l’identité de la cellule et, malheureusement, le développement de maladies. Les chercheurs qui ont écrit dans la revue Nature expliquent que l’objectif du projet 4D Nucleome est d’obtenir des « connaissances détaillées sur le repliement 3D du génome humain à la résolution des éléments fonctionnels », et ce, dans différents états cellulaires et au fil du temps.

Une modélisation de haute précision au cœur de la cellule

Pour y parvenir, l’équipe a utilisé des techniques de modélisation génomique intégrative. Ils ne se sont pas contentés de théoriser ; ils ont cartographié les cellules souches embryonnaires humaines et les fibroblastes. Pour ceux qui ont oublié leurs cours de bio, les fibroblastes sont un type de cellule qui joue un rôle important dans la création du tissu conjonctif. Le résultat ? Des modèles 3D haute résolution de l’ensemble du génome au niveau d’une cellule unique. C’est d’une précision chirurgicale.

À l’intérieur de ces modèles, les chercheurs ont pu identifier le positionnement et la classification de différents domaines chromosomiques. Mais le chiffre qui donne le vertige, c’est qu’ils ont réussi à constituer un « catalogue étendu » de plus de 140 000 interactions de boucles pour chaque type de cellule. Ils ont ainsi établi comment ces boucles influencent la régulation des gènes. C’est un travail de titan, vraiment. On parle de cartographier l’invisible avec une précision jamais atteinte auparavant.

Conclusion : Un nouvel espoir face au cancer

Tout comme le projet du génome humain a permis une série de percées médicales il y a deux décennies, l’équipe nourrit de grands espoirs pour le projet 4D Nucleome. Quand on sait que le cancer affecte actuellement quatre personnes sur dix au cours de leur vie, l’enjeu est colossal. Ce modèle devrait permettre aux futurs chercheurs d’étudier comment différentes variantes génétiques impactent l’expression des gènes et conduisent à la maladie. Cela pourrait bien ouvrir la voie à de nouveaux outils de diagnostic et à des thérapies centrées sur le génome.

Feng Yue précise que l’organisation du génome en 3D fournit un cadre puissant pour prédire quels gènes sont susceptibles d’être affectés par ces variantes pathogènes. « Ayant observé des altérations du génome 3D à travers les cancers, y compris la leucémie et les tumeurs cérébrales, notre prochain objectif est d’explorer comment ces structures peuvent être ciblées et modulées avec précision », a-t-il déclaré, en évoquant l’utilisation de médicaments tels que les inhibiteurs épigénétiques. Finalement, ce projet nous montre à quel point le génome humain est complexe. Ce n’est pas juste une liste d’ingrédients, mais la façon dont ils sont positionnés et dont ils interagissent qui change tout.

Ce contenu a été créé avec l’aide de l’IA.