Des scientifiques ont mesuré pour la première fois la masse des chromosomes humains

À l’aide d’une puissante source de rayons X de l’installation scientifique synchrotron nationale du Royaume-Uni, le Diamond Light Source, des physiciens ont pu déterminer les masses individuelles des 46 chromosomes des cellules humaines.

Une mesure inédite

Détaillés dans la revue Chromosome Research, ces travaux inédits ont révélé des masses nettement plus importantes que prévu (environ 20 fois plus élevées que l’ADN que les chromosomes contiennent). Selon l’équipe, un tel excès de masse suggère que ces structures renferment d’autres éléments dont la nature demeure actuellement mystérieuse.

« Nous connaissons la masse de l’ADN grâce au Human Genome Project, mais c’est la première fois que nous avons pu mesurer précisément les masses des chromosomes qui incluent cet ADN », a expliqué le biophysicien Ian Robinson de l’University College London. « Nos mesures suggèrent que les 46 chromosomes de chacune de nos cellules pèsent 242 picogrammes (trillionièmes de gramme). C’est plus lourd que ce à quoi nous nous attendions. »

Les chromosomes sont de petits paquets d’ADN en forme de fil que l’on trouve dans les noyaux cellulaires des organismes vivants. Chaque chromosome contient une molécule d’ADN, qui contient à son tour les instructions génétiques pour le développement et la vie de cet organisme.

Chaque cellule humaine renferme 23 paires de chromosomes (22 paires de chromosomes numérotés ainsi qu’une paire de chromosomes sexuels) qui empêchent l’ADN qu’ils contiennent de s’effilocher, contribuant ainsi à maintenir sa structure pendant le processus de réplication cellulaire.

Sonder l’intérieur des chromosomes grâce aux rayons X

Les chromosomes ont été découverts pour la première fois au XIXe siècle et, depuis, les scientifiques ont beaucoup appris sur leur rôle dans le fonctionnement des organismes vivants. Cependant, il reste encore beaucoup de choses à comprendre. Afin de sonder leur intérieur, les scientifiques se sont appuyés sur une technique appelée ptychographie, ayant récemment permis d’obtenir des images d’atomes avec une résolution record.

Cette technique consiste à utiliser un type d’accélérateur de particules, appelé synchrotron, pour produire un puissant faisceau de rayons X. Lorsque ces rayons traversent le synchrotron, ils se transforment en rayons X durs, dont la diffraction intervenant lorsqu’ils traversent les chromosomes crée un motif d’interférence que les scientifiques peuvent utiliser pour créer une reconstruction 3D haute résolution de ces derniers.

Les chercheurs ont pris des images de globules blancs humains en métaphase (phase du cycle cellulaire au cours de laquelle les chromosomes se condensent) et juste avant la division cellulaire, lorsque les 46 chromosomes de chaque cellule ont étroitement emballé l’ADN.

Répartition des 46 chromosomes humains, établie à l’aide de rayons X — © Archana Bhartiya et al / Chromosome Research

Des implications pour la santé humaine

Grâce à cette technique, les chercheurs ont pu déterminer le nombre d’électrons, ou densité électronique, dans le chromosome. La masse des électrons étant bien connue, les chercheurs ont pu l’utiliser pour déduire celle de la structure.

Bien que la masse inattendue découverte par les chercheurs reste actuellement un mystère, les résultats obtenus pourraient avoir des retombées inestimables pour la science, en nous aidant à mieux comprendre le fonctionnement du corps humain.

« Une meilleure compréhension des chromosomes pourrait avoir des implications importantes pour la santé humaine », souligne la bioscientifique Archana Bhartiya, de l’University College London. « Une grande partie de l’étude des chromosomes est entreprise dans les laboratoires médicaux pour diagnostiquer le cancer à partir d’échantillons de patients. Toute amélioration de nos capacités à imager les chromosomes serait donc très précieuse. »

Par Yann Contegat, le 8 juin 2021