Comment le génome de Kumano est organisé en cellules : Nucleome 4D

Publié le 24 janvier 2025 à 14h30. Des chercheurs ont réalisé une cartographie sans précédent de l’organisation tridimensionnelle du génome humain, une avancée qui pourrait révolutionner la compréhension des maladies génétiques et ouvrir la voie à de nouvelles thérapies.

• Une nouvelle carte détaillée de l’organisation spatiale de l’ADN humain a été publiée par le projet Nucleome 4D.
• Cette cartographie permet de mieux interpréter l’impact des variations génétiques, notamment celles situées en dehors des gènes codants.
• Les résultats ouvrent des perspectives prometteuses pour le développement de traitements ciblés contre des maladies comme le cancer.

L’ADN, au sein du noyau cellulaire, n’est pas simplement une longue chaîne linéaire. Il se replie sur lui-même de manière complexe et hautement organisée, influençant directement l’activité des gènes. Comprendre cette architecture tridimensionnelle est crucial pour décrypter le fonctionnement du génome et les mécanismes à l’origine des maladies.

Jusqu’à récemment, l’interprétation des mutations génétiques se limitait souvent à l’analyse de leur impact sur la séquence d’ADN elle-même. Or, la position physique des gènes et de leurs éléments régulateurs dans l’espace nucléaire joue un rôle déterminant dans leur expression. Les régions du génome qui entrent en contact physique les unes avec les autres peuvent ainsi activer ou désactiver des gènes, modifiant leur niveau d’activité.

Le projet de nucléome humain 4D a pour ambition de cartographier cette organisation tridimensionnelle du génome dans différents types de cellules et de suivre son évolution au fil du temps. Les chercheurs ont récemment publié dans la revue Nature les cartes génomiques les plus complètes à ce jour, fruit d’une combinaison de techniques génomiques avancées.

Un atlas intégré du nucléome 4D

L’étude s’est concentrée sur l’architecture du génome de cellules souches embryonnaires humaines et de fibroblastes, deux modèles fréquemment utilisés en recherche biomédicale. Les chercheurs ont identifié plus de 140 000 boucles de chromatine par type cellulaire, des structures qui rapprochent les promoteurs et les régions régulatrices distales des gènes. Ils ont également cartographié les domaines chromosomiques et les compartiments nucléaires, distinguant les régions actives, situées à l’intérieur du noyau, des régions inactives, plus proches de la périphérie.

Une avancée majeure réside dans la création de modèles tridimensionnels complets du génome au niveau de chaque cellule. Ces modèles permettent de visualiser la position de chaque gène par rapport à ses voisins et à ses éléments régulateurs, offrant un niveau de résolution sans précédent pour comprendre les processus dynamiques tels que la transcription et la réplication de l’ADN. Ils révèlent également une variabilité significative entre des cellules apparemment similaires.

Implications pour la connaissance et la santé humaine

Ces cartes tridimensionnelles du génome confirment que la fonction génétique ne peut être appréhendée uniquement à partir de la séquence d’ADN. L’étude montre, par exemple, que les gènes exprimant des profils différents se trouvent dans des environnements nucléaires distincts, où ils établissent des contacts spécifiques avec des éléments régulateurs.

Cet atlas tridimensionnel du génome humain a des applications concrètes dans le domaine de la santé. La majorité des variantes génétiques associées aux maladies humaines se situent dans des régions non codantes, loin des gènes eux-mêmes. L’interprétation de l’impact de ces variantes représente un défi pour les généticiens médicaux, mais les cartes tridimensionnelles du génome peuvent aider à prédire quels gènes pourraient être affectés en révélant les interactions physiques entre les différentes régions de l’ADN.

Les chercheurs envisagent désormais de traduire ces connaissances en stratégies thérapeutiques.

« Après avoir observé des altérations génomiques tridimensionnelles dans différents types de cancer, tels que la leucémie et les tumeurs cérébrales, notre prochain objectif est d’explorer comment ces structures peuvent être traitées et modulées avec précision à l’aide de médicaments tels que les inhibiteurs épigénétiques. »

Feng Yue, professeur de médecine moléculaire au Département de génétique biochimique et moléculaire et directeur des travaux.

Article scientifique

Dekker, J., Oksuz, BA, Zhang, Y. et al. Une vue intégrée de la structure et de la fonction du nucléome 4D humain. Nature (2025). https://doi.org/10.1038/s41586-025-09890-3

Autres sources

de Wit E. Des cartes systématiques révèlent comment les chromosomes humains sont organisés. Nature. 2025. https://doi.org/10.1038/d41586-025-03808-9

Des scientifiques cartographient le génome humain en 4D. https://news.feinberg.northwestern.edu/2025/12/22/scientists-map-the-human-genome-in-4d/