Les tests Purdue mettent en lumière les étapes clés du développement des mammifères

Isaiah Mensah (à gauche), doctorant en biochimie de l'Université Purdue, et Humaira Gowher, professeure agrégée de biochimie, et leurs collaborateurs ont publié de nouvelles connaissances sur le développement embryonnaire des mammifères. (Photo de Purdue Agricultural Communications/Tom Campbell)

WEST LAFAYETTE, Indiana – Une équipe de recherche de l’Université Purdue a révélé de nouveaux détails complexes sur la fonction d’une protéine clé partagée par les mammifères, y compris les humains. De nombreux cancers surviennent lorsque cette protéine ADN méthyltransférase tourne mal.

Les résultats, issus d'une étude menée par un boursier postdoctoral et un étudiant diplômé, incluent également les contributions de cinq étudiants de premier cycle et ont été publiés dans la revue Cell Reports. Les résultats montrent, pour la première fois, le mécanisme par lequel un type spécifique d’ARN régule l’expression d’un gène critique de l’ADN méthyltransférase, Dnmt3b.

"La régulation de la méthylation de l'ADN est au cœur de nombreuses maladies", a déclaré Humaira Gowher, professeur agrégé de biochimie. Mais dans des conditions normales, la méthylation de l’ADN, catalysée par Dnmt3b, joue un rôle important dans la façon dont les jeunes cellules de mammifères non formées se divisent et se développent en cellules plus spécialisées. La méthylation de l'ADN régule également le processus épigénétique qui contourne le codage génétique lors de la transmission de caractères sélectionnés à la progéniture des mammifères.

"Nous montrons dans cet article comment l'ADN méthyltransférase, Dnmt3b, est exprimée de manière précise et restrictive au début du développement, puis arrêtée", a déclaré Gowher.

Un dysfonctionnement de Dnmt3b a une influence potentielle sur le comportement des cellules cancéreuses. C'est parce que certaines conditions provoquent une méthylation anormale de l'ADN. Et les changements dans la méthylation de l’ADN sont devenus des biomarqueurs essentiels pour la détection du cancer, a-t-elle noté.

Dans une série d'expériences longues, minutieuses et variées, l'équipe de Gowher a suivi l'emplacement et le moment de l'expression de Dnmt3b pour déterminer le mécanisme qui la contrôle en utilisant des cellules souches embryonnaires de souris comme modèle de développement. Les cellules souches, présentes uniquement dans les embryons à un stade précoce, peuvent se développer en n’importe quel autre type de cellules présentes dans le corps.

Les expériences ont révélé une interaction de plusieurs molécules régulatrices. L’équipe a découvert qu’après que l’ARN non codant ait créé un environnement ouvert au niveau du promoteur du gène, où toute action commence, il délivre également la protéine d’épissage hnRNPL à la locomotive de transcription du gène, l’ARN Pol II. Ce dernier transporte la protéine d'épissage en auto-stop jusqu'à son lieu de travail moléculaire, qui est plus éloigné du promoteur dans le corps du gène.

"Les ARN non codants ont la capacité de se lier à des facteurs d'épissage. Ils peuvent amener ce facteur d'épissage à l'ARN polymérase au niveau du promoteur, et la polymérase lui fera un tour", a déclaré Gowher.

Les résultats ont permis de montrer que deux processus génétiques – la transcription et l’épissage alternatif – servent de double contrôle pour affiner les différentes formes de Dnmt3b, a déclaré Mohd Saleem Dar, auteur principal de l’article Cell Reports. Lors de la transcription, l'ARN copie une séquence d'ADN pour faciliter la production de protéines cellulaires. Et grâce à l’épissage alternatif, un gène peut combiner des centaines de séquences d’ADN pour produire des protéines de différentes manières.

"Lorsque j'ai différencié ces cellules souches embryonnaires de souris naïves et vérifié l'expression du Dnmt3b, j'ai vu qu'il était induit", a déclaré Dar, aujourd'hui chercheur aux National Institutes of Health. Dans son état induit, Dnmt3b déclenche le développement cellulaire. "Et avec cette induction, nous avons vu l'épissage", a-t-il déclaré.

Dar a également exploré la relation entre l'épissage alternatif et l'état d'expression de Dnmt3b.

"Vous devez montrer une image complète de l'épissage alternatif Dnmt3b pendant ses états d'expression faible et élevée", a déclaré Gowher. Lorsque Dar a examiné l'épissage alternatif de l'état faiblement exprimé, il a remarqué que le choix d'épissage alternatif aboutissait à la protéine Dnmt3b, qui n'a aucune activité enzymatique. Cependant, à un état d’expression élevé, l’épissage alternatif a été inversé, entraînant l’expression de la protéine enzymatiquement active.