Actualité de l'ENS de Lyon

Certaines espèces animales détruisent systématiquement une partie de leur ADN dans leurs cellules somatiques. Pourquoi ? Comment ? Cette élimination programmée du génome, découverte il y a 150 ans, reste mystérieuse faute de moyen d’études adapté. Un article du Laboratoire de Biologie et Modélisation de la Cellule (LBMC - CNRS/École normale supérieure de Lyon/INSERM/Université Claude Bernard Lyon 1), sous presse et disponible en ligne dans la revue Current Biology, décrit un groupe d’espèces de nématodes, manipulables génétiquement, pour lesquelles près d’un tiers du génome est éliminé, offrant enfin un modèle d’étude de ce processus fascinant. 

Alors que dans la majorité des espèces, des mécanismes sophistiqués de protection et de maintenance de l’ADN existent, certaines espèces excisent et éliminent systématiquement des portions entières de leur ADN dans certaines de leurs cellules. Les cellules transmises à la génération suivante, appelée cellules germinales (spermatozoïdes et ovules), gardent un génome intact. Les autres cellules, dites somatiques, subissent cette élimination programmée du génome (appelée PDE en anglais pour Programmed-DNA Elimination).

Ce phénomène d’élimination programmée a été décrit la première fois il y a plus de 150 ans, et a depuis été retrouvé dans une centaine d’espèces animales, appartenant à des embranchements très différents (notamment des vertébrés comme la lamproie). C’est donc un processus qui est apparu plusieurs fois au cours de l’évolution. Pourtant, il reste à ce jour mystérieux car les espèces le subissant ne sont pas modifiables génétiquement, ne permettant pas d’expérimentation en laboratoire. Ainsi, la communauté scientifique ignore encore comment l’ADN ciblé est reconnu, coupé, ôté des chromosomes puis détruit physiquement, des interrogations subsistent quant au rôle d’un tel mécanisme et pourquoi certaines espèces le subissent et pas d’autres.

Ce phénomène d’élimination programmée du génome a récemment été retrouvé dans toutes les espèces de nématodes du genre Mesorhabditis (appartement à la même famille que l’espèce modèle Caenorhabditis elegans). Les scientifiques, dans cet article publié dans la revue Current Biology, ont alors profité des nombreux avantages expérimentaux offrant ce modèle pour décrire  les mécanismes d’élimination du génome. Par une combinaison d’approches cytologiques et génomiques, ils ont montré que l’élimination s’opère par une première phase de fragmentation des chromosomes et de l’exclusion de certains fragments pendant la division cellulaire dans les cellules précurseurs somatiques dès le début du développement embryonnaire, au stade où l’embryon n’a encore que 5 cellules. Les fragments exclus, puis détruits, contiennent principalement des séquences répétées non codantes, mais également une petite centaine de gènes codants pour des protéines. Au total, c’est environ 30% du génome qui est éliminé des cellules somatiques de ces espèces. De manière inattendue, les scientifiques ont montré que deux espèces proches de Mesorhabditis n’éliminent pas les mêmes séquences répétées et n’éliminent pas les mêmes gènes. Les gènes éliminés dans ces espèces sont en général très peu conservés au cours de l’évolution, suggérant qu’ils n’ont pas de rôle essentiel pour le bon fonctionnement des cellules et pour le développement embryonnaire. Ces résultats nous amènent à proposer que l’élimination programmée du génome a pour fonction principale d’éliminer des éléments répétés et que lorsque des gènes sont éliminés, seuls les gènes invisibles à la sélection, car inutiles dans le soma, peuvent être éliminés. 

Référence

Programmed DNA elimination in Mesorhabditis nematodes. Carine Rey, Caroline Launay, Eva Wenger, Marie Delattre. Current Biology, 21 août2023. 
DOI : 10.1016/j.cub.2023.07.058