Dans les premières études cytologiques, il a été suggéré que les chromatides des chromosomes en métaphase s’enroulent dans une spirale appelée chromonème. Cette hypothèse a été récemment soutenue par le séquençage de capture de conformation chromosomique. Pourtant, la visualisation directe du chromonème enroulé confirmant le modèle hélicoïdal faisait défaut. Aujourd’hui, pour la première fois, une équipe de recherche internationale dirigée par l’Institut IPK Leibniz et l’Institut de botanique expérimentale de l’Académie tchèque des sciences fournit la preuve directe de l’enroulement hélicoïdal des chromatides condensées via la microscopie à super-résolution de régions de chromonème spécifiquement marquées. Aujourd’hui, les résultats sont publiés dans la revue Recherche sur les acides nucléiques.
L’organisation emblématique en forme de X des chromosomes en métaphase est fréquemment présentée dans les manuels et autres médias. Les dessins expliquent de manière captivante que la majorité de l’information génétique est stockée dans les chromosomes, qui la transmettent à la génération suivante. « Ces présentations suggèrent que l’ultrastructure chromosomique est bien comprise. Cependant, ce n’est pas le cas », déclare le Dr Veit Schubert du groupe de recherche « Structure et fonction des chromosomes » d’IPK.
Plusieurs modèles ont été proposés pour décrire la structure d’ordre supérieur des chromosomes en métaphase sur la base de données obtenues à l’aide d’une gamme de méthodes moléculaires et de microscopie. Ces modèles sont classés en hélicoïdaux et non hélicoïdaux. Les modèles hélicoïdaux supposent que la chromatine de chaque chromatide sœur en métaphase est disposée en bobine, tandis que les modèles non hélicoïdaux suggèrent que la chromatine est repliée dans les chromatides sans former de spirale.
Les chercheurs ont relancé le terme « chromonema » qui a été utilisé pour la première fois au début du 20e siècle. Maintenant, les chercheurs d’IPK et d’IEB ont fourni une description détaillée de son ultrastructure. Différentes approches expérimentales, y compris le séquençage de capture de conformation chromosomique (Hi-C) de chromosomes mitotiques isolés, la modélisation de polymères et les observations microscopiques d’échanges de chromatides sœurs et de régions marquées oligo-FISH au niveau de la super-résolution ont fourni une preuve indépendante de l’enroulement du chromonème. « Notre approche multidisciplinaire démontre que l’organisation des chromatides enroulées et son unité organisationnelle, le chromonème, peuvent être confirmées indépendamment par différentes méthodes. » dit le Dr Veit Schubert.
« Pour étudier la structure d’ordre supérieur des chromosomes mitotiques, les grands chromosomes de l’orge (Orge commune) ont servi de modèle. Un seul tour hélicoïdal couvre 20 à 38 Mb, créant une fibre d’environ 400 nm d’épaisseur, que nous identifions comme le chromonème », explique le Dr Amanda, Camara, l’un des premiers auteurs de l’étude.
Le modèle propose un mécanisme général pour la formation de chromosomes mitotiques condensés, qui s’applique à tous les eucaryotes sur une large gamme de tailles de génomes. « Nous nous attendons à ce qu’à la suite de notre étude, l’enroulement du chromonème soit confirmé dans un plus grand nombre d’espèces végétales et animales contenant de grands chromosomes. L’identification du principe de la condensation des chromosomes dans ce travail est le tremplin pour comprendre la dynamique de la chromatine au cours de la cycle cellulaire », explique le Dr Amanda Camara.
