Le rôle de la topoisomérase II dans l'organisation des chromosomes

La topoisomérase II (Topo II) est une protéine super importante qui gère la structure de l'ADN dans nos cellules. Pendant le cycle cellulaire, Topo II fait des coupures temporaires dans les brins d'ADN et permet à ceux-ci de se croiser. Cette action aide l'ADN à garder sa forme et son organisation correcte. Chez les humains, on a deux types principaux de Topo II, appelés Topo II-alpha et Topo II-beta, produits par des gènes différents. Topo II-alpha est particulièrement important pendant la division cellulaire, où il aide à organiser les chromosomes et à séparer les chromatides sœurs. D'un autre côté, Topo II-beta est actif tout au long du cycle cellulaire, jouant un rôle dans les zones d'ADN qui sont ouvertes et actives.

Malgré l'importance de Topo II, on ne comprend pas encore totalement comment l'arrangement des chromosomes change pendant le cycle cellulaire. Une technique appelée Hi-C est souvent utilisée pour étudier le repliement des chromosomes pendant les différentes phases du cycle cellulaire. Cependant, cette méthode a ses limites ; elle peut mesurer les interactions entre des parties des chromosomes mais ne capture pas comment les brins d'ADN peuvent devenir torsadés ou emmêlés.

Dans ce contexte, l'entrelacement fait référence au moment où des parties de l'ADN se lient ensemble, soit sur le même chromosome soit entre différents chromosomes. Un type spécifique d'entrelacement, appelé catenation, se produit lorsque des boucles d'ADN s'entrelacent. Topo II peut à la fois créer et enlever ces liens.

#Étude de l'Arrangement des Chromosomes

Pour mieux comprendre comment les chromosomes sont organisés, les chercheurs les étudient pendant différentes parties du cycle cellulaire. Des études récentes ont suggéré qu'au cours de l'Interphase, les chromosomes ont tendance à être moins entremêlés et plus organisés. Les chercheurs ont trouvé que pendant l'interphase, les chromosomes semblent être "froissés" mais bien rangés, tandis que l'état des chromosomes pendant la mitose est moins clair. Des expériences ont montré qu'il y a un certain niveau d'auto-entrelacement parmi les chromosomes pendant la mitose, ce qui soulève des questions sur la façon dont les chromosomes arrivent à se déballer et se réorganiser une fois la mitose terminée.

#Topo II et la Structure Chromosomique

Pendant la transition de la mitose à la phase suivante du cycle cellulaire, Topo II joue un rôle crucial. Il peut enlever les entrelacements et s'assurer que les chromosomes sont organisés en territoires distincts pendant l'interphase. Si Topo II est inhibé, l'organisation des chromosomes est perturbée, ce qui les fait rester dans un état entremêlé.

Dans des expériences conçues pour tester cela, les chercheurs ont découvert que lorsque Topo II était inhibé à l'aide d'une substance chimique appelée ICRF-193, l'établissement des territoires d'interphase était retardé. Les cellules traitées avec ce produit chimique montraient une récupération plus lente de leur organisation chromosomique, suggérant que Topo II est nécessaire pour une réorganisation efficace après la mitose.

#Les Effets de l'Inhibition de Topo II

Dans un ensemble d'expériences, les chercheurs ont traité des cellules avec ICRF-193 alors qu'elles sortaient de la mitose et ont observé des changements significatifs dans la structure des chromosomes. Normalement, les chromosomes mitotiques montrent un schéma de compartimentalisation clair qui se renforce à mesure que les cellules entrent en interphase. Cependant, avec l'inhibition de Topo II, les cellules en début de phase G1 montraient une compartimentalisation faible avec des schémas ressemblant à ceux de la mitose. En fin de phase G1, une certaine compartimentalisation a été observée, mais c'était significativement moins que ce qui était vu dans les cellules témoins qui n'étaient pas traitées avec l'inhibiteur.

En plus, des techniques d'imagerie ont confirmé que la distribution de certaines étiquettes chimiques sur la chromatine était altérée lorsque Topo II était inhibé. Cela indiquait que les régions actives de l'ADN et les régions plus compactes n'étaient pas correctement organisées, donnant des preuves supplémentaires que Topo II est critique pour une configuration chromosomique adéquate.

#Changements de la Structure des Chromosomes au Fil du Temps

L'étude a continué d'explorer à quelle vitesse l'activité de Topo II est nécessaire pendant la transition de la mitose à l'interphase. Pour tester cela, les chercheurs ont ajusté le timing de l'inhibition de Topo II et ont découvert que si l'inhibiteur était ajouté plus tard lors de l'entrée en phase G1, la récupération de la structure de compartiment s'améliorait. Cela a mis en évidence une fenêtre nécessaire pour l'action de Topo II immédiatement après la mitose.

En regardant les relations entre diverses distances dans les régions d'ADN, les chercheurs ont conclu que Topo II joue un rôle important non seulement dans le relâchement immédiat des entrelacs mitotiques mais aussi dans le maintien de l'organisation des chromosomes lors de leur transition vers l'interphase.

#Observations Visuelles de l'Organisation Chromosomique

En utilisant des techniques d'imagerie avancées, les chercheurs ont pu visualiser les changements dans l'organisation des chromosomes dus à l'activité de Topo II. Ils ont observé que dans les cellules traitées avec ICRF-193, la présence de certaines modifications d'histones qui indiquent des régions actives de l'ADN était altérée. Dans ces cellules, les régions actives étaient trouvées plus près des régions inactives que dans les cellules non traitées.

Ces altérations ont également été notées dans la morphologie globale des chromosomes, qui apparaissaient plus compacts lorsque Topo II était inhibé. Cela suggère que l'inhibition de Topo II affecte non seulement l'organisation des chromosomes au niveau moléculaire mais impacte aussi leur structure physique.

#Effets de l'Inhibition de Topo II sur d'Autres Fonctions Chromosomiques

En plus de son rôle dans la réorganisation des chromosomes après la mitose, Topo II agit aussi en collaboration avec des protéines du complexe de Cohésine, qui est essentiel pour un comportement chromosomique adéquat. Les chercheurs ont exploré comment l'inhibition de Topo II interagissait avec la cohésine et d'autres processus impliqués dans l'organisation et la stabilité des chromosomes.

Lorsque la cohésine était dégradée dans les cellules, les chercheurs ont remarqué que le rôle de Topo II devenait encore plus crucial pour établir une forte compartimentation. En dégradant la cohésine et en inhibant Topo II, les changements dans l'organisation des chromosomes étaient plus profonds que juste avec la perte de cohésine. Cela indique que Topo II aide à peaufiner la structure des chromosomes, garantissant une bonne organisation en réponse aux changements dans les niveaux de cohésine.

#Le Rôle des Modèles de Polymères

Pour mieux comprendre la mécanique de l'organisation des chromosomes pendant la sortie mitotique, les chercheurs ont utilisé des modèles de polymères. Ces simulations aidaient à visualiser comment les chromosomes pouvaient passer d'un état emmêlé à un état organisé en interphase. Les modèles ont montré que lorsque les chromosomes sont autorisés à s'étendre tout en décatanant activement leurs boucles, ils peuvent atteindre un état plus organisé.

Les simulations ont fourni des aperçus sur le timing de l'activité de Topo II et comment cela s'intègre dans la mécanique plus large de l'organisation chromosomique. Elles indiquaient qu'un processus en deux étapes pour la sortie mitotique permet aux chromosomes de d'abord se démêler, puis d'établir leur structure correcte en interphase.

#Conclusion

La recherche souligne l'importance de Topo II dans la gestion de la structure et de l'organisation des chromosomes pendant le cycle cellulaire. En faisant des coupures temporaires dans l'ADN, Topo II facilite la réorganisation des chromosomes après la mitose, aidant à s'assurer que le matériel génétique est correctement emballé alors que les cellules se préparent à se diviser. Comprendre ces processus pourrait donner des idées sur la division cellulaire, les troubles chromosomiques et de potentielles stratégies thérapeutiques pour les maladies liées à la régulation du cycle cellulaire. Comprendre comment les cellules contrôlent leur organisation interne pendant des transitions cruciales est vital pour saisir des processus biologiques fondamentaux.