CENP-A danse en rosette pour former le centromère
Dans le cadre d’une collaboration multidisciplinaire, les chercheurs ont visualisé par microscopie optique à super-résolution la structure d’un centromère humain en cours de formation durant la phase G1 du cycle cellulaire. Leurs travaux publiés dans la revue Nature Communications montrent les nucléosomes CENP-A individuels en train de s’organiser sous la forme d’une rosette autour de l’histone chaperone HJURP pour donner naissance au centromère humain, lieu dans la cellule où les chromosomes se regroupent et se préparent pour la division cellulaire. C'est la première fois que des nucléosomes individuels de CENP-A peuvent être directement visualisés par microscopie optique ouvrant ainsi la voie à une étude plus fine de la fonction et de la structure du centromère.
Le centromère est une structure spécialisée du génome occupant une région précise au sein d'un chromosome. Il est généralement visible sous la forme d'une constriction sur le chromosome métaphasique, phase du cycle cellulaire lors de laquelle la division cellulaire se prépare en plaçant les chromosomes dans le plan équatorial. Le centromère est d’une importance vitale pour la stabilité génétique et des défauts de structure du centromère entraînent une mauvaise ségrégation des chromosomes et une aneuploïdie qui est à l’origine de plusieurs maladies génétiques et de cancers.
L'ADN centromérique d’une cellule est organisé sous forme de chromatine qui reste condensée dans presque toutes les cellules qui composent un organisme. Ces régions sont pauvres en gènes et peuvent induire la répression de l'expression génique de régions adjacentes de manière épigénétique. L’histone centromérique CENP-A, le principal acteur épigénétique dans l’organisation des centromères, est déposée sur les centromères au cours de la phase G1 du cycle cellulaire pour servir de plate-forme d’assemblage pour le kinétochore (lieu d’ancrage des chromosomes) lors de la mitose, moment de la division cellulaire. L’histone CENP-A est l’un des facteurs clefs de cette fonction. Son absence empêche toute formation du kinétochore, et sa surexpression et sa localisation erronée entraînent une mauvaise localisation des protéines du kinétochore.
Les chercheurs ont étudié l'organisation 3D de la chromatine centromérique et le mécanisme de déposition de CENP-A tel qu'il se produit in vivo pendant la phase G1 du cycle cellulaire sur des centromères en utilisant une méthode de microscopie optique à super-résolution tridimensionnelle couplée à un marquage spécifique des protéines du centromère. Cette approche a permis de visualiser les nucléosomes individuels de CENP-A et de suivre leur maturation au cours du cycle cellulaire. Les images obtenues, dans une plage de résolution de 15 à 20 nm, montrent une déposition spécifique de CENP-A en G1 par l’histone chaperonne HJURP. Le complexe CENP-A/HJURP présente une organisation très spécifique en forme de rosette avec HJURP au centre entouré de nucléosomes CENP-A. C’est la première fois que des nucléosomes individuels de CENP-A peuvent être directement localisés et visualisés en 3D par microscopie optique.
Figure : Visualisation des régions centromériques d’une cellule humaine, avec un marquage coloré afin d’identifier les protéines CENP-A dans le noyau cellulaire. En haut à gauche, co-localisation de CENP-A avec sa chaperone HJURP (en vert), puis image d’un cluster individuel de CENP-A avec sa reconstruction 3D à droite. En bas, détails de clusters de molécules de CENP-A visualisés pour chacune des régions centromériques.
Pour en savoir plus :
CENP-A nucleosome clusters form rosette-like structures around HJURP during G1.
Andronov L, Ouararhni K, Stoll I, Klaholz BP, Hamiche A.
Nat Commun. 2019 Sep 30;10(1):4436. doi: 10.1038/s41467-019-12383-3.