Changer le nombre de chromosomes d’un animal peut prendre des millions de générations pour se produire dans la nature au cours de l’évolution – et maintenant, les scientifiques ont été capables de faire ces mêmes changements chez des souris de laboratoire en un clin d’œil relatif.
La nouvelle technique utilisant cellules souches et l’édition de gènes est une réalisation majeure, et l’équipe espère en révéler davantage sur la façon dont le réarrangement des chromosomes peut influencer la façon dont les animaux évoluent au fil du temps.
C’est dans les chromosomes – ces chaînes de protéines et d’ADN à l’intérieur des cellules – que nous trouvons nos gènes, hérités de nos parents et mélangés pour faire de nous ce que nous sommes.
Pour les mammifères comme les souris et nous, les humains, les chromosomes sont généralement appariés. Il y a des exceptions, comme dans les cellules sexuelles.
Les cellules souches embryonnaires non fécondées sont généralement le meilleur point de départ pour bricoler avec l’ADN. Cependant, l’absence de cet ensemble supplémentaire de chromosomes fourni par un spermatozoïde prive les cellules d’une étape importante dans la négociation des gènes dans lesquels les chromosomes seront marqués actifs pour faire le travail de construction d’un corps.
Ce processus – appelé empreinte – était une pierre d’achoppement pour les ingénieurs désireux de restructurer de gros morceaux du génome.
“L’empreinte génomique est souvent perdue, ce qui signifie que les informations sur les gènes qui devraient être actifs disparaissent dans les cellules souches embryonnaires haploïdes, limitant leur pluripotence et leur génie génétique”, dit biologiste Li-Bin Wang de l’Académie chinoise des sciences.
“Nous avons récemment découvert qu’en supprimant trois régions imprimées, nous pouvions établir un modèle d’empreinte stable semblable à un sperme dans les cellules.”
Sans ces trois régions à empreinte naturelle, une fusion chromosomique durable était possible. Dans leurs expériences, les chercheurs ont fusionné deux chromosomes de taille moyenne (4 et 5) et les deux plus grands chromosomes (1 et 2) dans deux orientations différentes, ce qui a donné trois arrangements différents.
La fusion des chromosomes 4 et 5 a été la plus réussie en termes de transmission du code génétique à la progéniture des souris, bien que la reproduction ait été plus lente que la normale.
L’une des fusions 1 et 2 n’a produit aucune progéniture de souris, tandis que l’autre a produit une progéniture de souris plus lente, plus grande et plus anxieuse que celle issue de la fusion des chromosomes 4 et 5.
Selon les chercheurs, les baisses de fertilité sont dues à la façon dont les chromosomes se séparent après l’alignement, ce qui ne se produit pas normalement. Il montre que le réarrangement chromosomique est crucial pour isolement reproductif – un élément clé pour que les espèces puissent évoluer et rester séparées.
“La souris domestique de laboratoire a conservé un caryotype standard de 40 chromosomes – ou l’image complète des chromosomes d’un organisme – après plus de 100 ans d’élevage artificiel”, dit biologiste Zhi-Kun Li, également de l’Académie chinoise des sciences.
“Sur des échelles de temps plus longues, cependant, les changements de caryotype causés par des réarrangements chromosomiques sont courants. Les rongeurs ont 3,2 à 3,5 réarrangements par million d’années, alors que les primates en ont 1,6.”
Pour mettre cela en contexte, de rares sauts dans le réarrangement chromosomique ont aidé à orienter les voies évolutives de nos propres ancêtres. Les chromosomes qui restent séparés chez les gorilles, par exemple, sont fusionnés en un seul dans notre génome humain.
Ces types de changements peuvent se produire une fois tous les quelques centaines de millénaires. Alors que les modifications génétiques effectuées ici dans le laboratoire étaient à une échelle relativement petite, les signes indiquent qu’elles pourraient avoir des effets dramatiques sur les animaux impliqués.
Il n’en est encore qu’à ses balbutiements – il s’agit d’une première scientifique après tout – mais plus tard, il pourrait y avoir la possibilité de corriger des chromosomes mal alignés ou malformés dans les lignées humaines. Nous savons que chez les individus, les fusions et les déplacements de chromosomes peuvent entraîner des problèmes de santé, notamment la leucémie infantile.
“Nous avons démontré expérimentalement que l’événement de réarrangement chromosomique est le moteur de l’évolution des espèces et important pour l’isolement reproductif, fournissant une voie potentielle pour l’ingénierie à grande échelle de l’ADN chez les mammifères”, dit Li.
La recherche a été publiée dans La science.
