L’imagerie en direct capture le repliement de l’ADN dans les spermatozoïdes pour la première fois

Des chercheurs du Nano Life Science Institute (WPI-Nanolsi), de l’Université de Kanazawa et des collègues ont réalisé une percée dans la compréhension de l’emballage de l’ADN des spermatozoïdes. En utilisant la microscopie à force atomique à grande vitesse (HS-AFM), ils ont capturé le processus en temps réel de la condensation de l’ADN induite par la protamine (PRM), fournissant des informations critiques sur la fertilité, la stabilité du génome et les applications futures en médecine. Leurs résultats sont publiés dans Recherche des acides nucléiques.

Dans la plupart des cellules, l’ADN est enroulé autour des protéines appelées histones, ce qui lui permet d’être emballé vaguement et accessible pour l’activité des gènes. Cependant, dans les spermatozoïdes, les histones sont remplacées par des protamines, ce qui permette une condensation de l’ADN extrême. Ce compactage est essentiel pour protéger les matières génétiques pendant la fertilisation, assurer un transport efficace de l’ADN vers l’œuf et contribuer au développement de la fertilité et de l’embryon.

Malgré son importance, les étapes précises de la façon dont les protamines condensent l’ADN en structures hautement stables sont restées claires. Les méthodes d’imagerie précédentes ne pouvaient capturer que des instantanés statiques, laissant de nombreuses questions sans réponse. Maintenant, pour la première fois, Richard W. Wong au Nano Life Science Institute (WPI-Nanolsi), à l’Université de Kanazawa et aux collaborateurs ont utilisé l’imagerie en temps réel pour révéler l’ensemble du processus de condensation.

En utilisant HS-AFM, l’équipe de recherche a directement visualisé la transformation par étapes des structures d’ADN lorsqu’ils se lient aux protamines. L’étude introduit un nouveau modèle de carte de carte-assemblage), qui décrit le processus de condensation à travers quatre étapes distinctes: l’étape de la bobine, où l’ADN forme des boucles lâches; le stade d’assemblage, où les protamines se lient, augmentant l’organisation structurelle; l’étape de la tige, où l’ADN devient encore compacté; et le stade de beignet (Toroid), où la structure stable finale se forme.

De plus, les chercheurs ont découvert que cet emballage est réversible, ce qui signifie que la structure peut se déplacer en fonction des conditions environnementales. Ces idées ont des implications majeures pour comprendre l’infertilité masculine, la biologie de la chromatine et la thérapie génique.

La recherche sur la fertilité pourrait bénéficier des informations sur l’emballage de l’ADN, aidant à diagnostiquer et à traiter l’infertilité masculine. La thérapie génique pourrait s’améliorer grâce à une meilleure compréhension du compactage de l’ADN et de son rôle dans la livraison de matériel génétique dans les traitements médicaux.

La biologie synthétique et la nanotechnologie pourraient également tirer parti de ces résultats pour développer de nouvelles méthodes pour manipuler les structures d’ADN dans les applications biotechnologiques.

“Nos résultats fournissent une vision dynamique de la façon dont les protamines façonnent la structure des chromatines des spermatozoïdes, un processus essentiel pour la fertilité et la stabilité du génome”, explique l’auteur correspondant Wong. “Cette recherche améliore non seulement notre compréhension de la reproduction, mais a également des implications de grande envergure pour les traitements de génétique et de fertilité.”