L’ADN n’a pas livré tous ses secrets. Des zones d’ombre restent à éclaircir, notamment sur son organisation au sein des cellules dîtes eucaryotes qui présentent un noyau pour protéger leur ADN. Des travaux récents montrent d’ailleurs que les pores nucléaires insérés dans la membrane du noyau y jouent un rôle jusqu’alors insoupçonné.

ADN. Trois petites lettres qui représentent pourtant une très longue molécule à la structure complexe. Déroulé, l’ADN d’une de nos cellules atteint ainsi une longueur de deux mètres environ. Or, toute cette chaîne moléculaire d’acide désoxyribonucléique doit tenir dans un noyau de quelques micromètres de diamètre tout en restant accessible pour que les gènes nécessaires au fonctionnement de la cellule puissent s’exprimer. Pour cela, l’ADN se compacte en s’associant à des protéines et à d’autres acides nucléiques pour former une structure appelée chromatine. Celle-ci diffère en fonction des cellules mais évolue aussi selon leur état. Ainsi, quand une cellule se divise, la chromatine se condense et prend cette forme bien connue de chromosome. Mais la plupart du temps, elle ressemble plutôt à une grosse pelote plus ou moins compacte. Cette image est pourtant trompeuse car rien n’est laissé au hasard. En effet, « l’organisation de la chromatine conditionne quels gènes sont exprimés et donc l’identité et l’état de la cellule », explique Charlène Boumendil, chargée de recherche CNRS à l’Institut de génétique humaine de Montpellier1. Ainsi les gènes situés dans les zones les plus compactes de la pelote ne sont pas accessibles et restent silencieux. Les biologistes appellent ces zones condensées hétérochromatine. « Elle est en grande partie localisée en périphérie du noyau, aux abords de la lamina nucléaire », indique Charlène Boumendil. Cette membrane intérieure de l’enveloppe du noyau attire l’hétérochromatine et fait d’ailleurs l’objet de recherche sur son rôle dans l’organisation de l’ADN.

Un nouveau rôle pour les pores nucléaires

Mais lors de son séjour postdoctoral entre 2015 et 2018 à Édimbourg, dans l’équipe de Wendy Bickmore, Charlène Boumendil a révélé un nouvel acteur dans cette organisation de la chromatine : le pore nucléaire. « C’est une grosse machine composée de protéines qui telle une porte contrôle les échanges entre le noyau et le reste de la cellule », précise la biologiste. C’est par ces pores, par exemple, que sortent du noyau les brins d’ARN messagers nécessaires à la production des protéines dans la cellule. Afin d’étudier leur influence sur la disposition de l’ADN dans le noyau, Charlène Boumendil a utilisé un modèle développé par Juan Carlos Acosta, aujourd’hui professeur à l’Université de Cantabrie en Espagne. Ce modèle permet d’induire la sénescence dans des cellules in vitro à l’aide d’un gène qui stimule la prolifération cellulaire. « La sénescence est un mécanisme de protection qui, en réponse à un stress, interrompt le cycle de la cellule : celle-ci n’est plus capable de se diviser », explique la chercheuse. Ce qui a un impact massif sur l’organisation de la chromatine. En particulier, l’hétérochromatine est évincée de la périphérie du noyau. « Nous avons montré que cette réorganisation globale de l’ADN dans le noyau de cellules sénescentes est due à une augmentation de la densité de pores nucléaires », poursuit Charlène Boumendil. Ces travaux ont par ailleurs confirmé l’importance d’une protéine qui structure la partie interne des pores nucléaires dans la dissociation de l’hétérochromatine de la périphérie du noyau, et plus généralement dans le réarrangement de l’ADN.
_{©S.Figueroa (Equipe Boumendil), microscope Airyscan. Noyau d’une cellule dont les pores nucléaires sont marqués (en vert et rouge) et la chromatine est marquée selon son degré de densité : de noir/violet (peu dense) à orange/blanc (très dense).}

Une protéine aux propriétés physiques particulières

C’est notamment pour mieux comprendre comment cette protéine appelée TPR2 agit sur la chromatine que Charlène Boumendil a monté le projet NPCos3 suivi du projet aNChOr. « Il était connu que TPR crée une zone d’exclusion de l’hétérochromatine autour du pore nucléaire. Nous avons voulu identifier les mécanismes impliqués », ajoute la chercheuse. À l’aide d’outils de génomique, de biologies moléculaire et synthétique ainsi que de microscopes à fluorescence de haute résolution, Charlène Boumendil et sa jeune équipe ont démontré que les pores nucléaires « repoussent » physiquement l’hétérochromatine. « De façon surprenante, les propriétés physiques d’un domaine central de TPR procure à la protéine la capacité de former des condensats biomoléculaires. Comme l’eau et l’huile, TPR ne peut se mélanger avec l’hétérochromatine. Son positionnement dans le noyau serait alors le résultat d’un combat entre l’attraction par la lamina nucléaire et la répulsion par les pores nucléaires », propose Charlène Boumendil. Finalement, en fonction du nombre de pores, il y a donc plus ou moins d’hétérochromatine en périphérie du noyau.

TPR : une barrière perméable

Outre ces résultats, ces projets ont permis le développement d’outils et de méthodes pour la recherche. Axelle Donjon et Charlène Boumendil ont ainsi partagé avec la communauté leur méthode d’analyse d’images d’optogénétique4 développée pour faciliter l’étude du transport de molécules à travers le pore nucléaire. Cette fonction de transport est d’ailleurs un des axes de recherche du projet NCOre qui vient de démarrer en début d’année. Les précédents travaux de son équipe pluridisciplinaire ont en effet montré que TPR forme une barrière perméable qui participe à la sélectivité du pore nucléaire. « TPR semble ralentir le transport de cargo entre le noyau et le reste de la cellule. Est-ce pour mieux contrôler les entrées et les sorties ? », s’interroge Charlène Boumendil. C’est une des questions auxquelles tentera de répondre le projet NCOre qui vise plus généralement à déterminer l’influence réciproque de la chromatine sur les pores nucléaires. « Nous étudions les effets de l’organisation de la chromatine sur la dynamique de transport des protéines et l'export des ARN messagers par les pores nucléaires », ajoute la chercheuse. Avec, à terme, une meilleure compréhension du dialogue primordial entre pores nucléaires et chromatine dans le fonctionnement des cellules eucaryotes.
_{©A.Donjon (Equipe Boumendil), microscope confocal. Le système optogénétique Lexy permet de visualiser le transport d’une sonde rouge hors du noyau}

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Ces recherches ont été financées en tout ou partie, par l’Agence Nationale de la Recherche (ANR) au titre de l'ANR NPCOS - AAPG2021. Cette communication est réalisée et financée dans le cadre de l’appel à projet Science Avec et Pour la Société - Culture Scientifique Technique et Industrielle pour les projets JCJC et PRC des appels à projets génériques 2021 (SAPS-CSTI JCJC et PRC AAPG 21).

Journaliste : Simon Pierrefixe – simon.pierrefixe@gmail.com [2]/07 82 75 27 27

Les publications pour en savoir plus :  

Charlène Boumendil et al. Genes & Development ; 2019, 33:144-149
doi:10.1101/gad.321117.118 [3]

Axelle Donjon et al. Journal of Visualized Experiments ; 2025, 221:e68585
doi:10.3791/68585 [4]

Zoé Narat et al. BioRxiv ; 2025
doi: 10.1101/2025.07.18.665545 [5]