Mars 2019 : Le contrôle temporel de la réplication de l’ADN est-il constant tout au long de la phase S ?

Avant chaque division cellulaire, le génome complet de la cellule doit être entièrement et fidèlement dupliqué pour que l’intégralité de l’information génétique soit transmise à chacune des cellules filles. Cette duplication s’effectue selon un programme de réplication complexe pendant la relativement brève phase de synthèse (phase S). La réplication démarre en de multiples sites du génome appelés origines de réplication. Ces sites sont au nombre de dizaines de milliers dans les génomes de vertébrés. Leur déclenchement est organisé dans le temps. Ainsi certaines régions sont répliquées en début, milieu ou fin de phase S. Le contrôle du moment de réplication de ces régions est très conservé dans l’ensemble des cellules d’une population. A ce jour, les mécanismes et les facteurs moléculaires responsables de l’établissement de ce contrôle restent très peu connus. Les chercheurs de l’équipe de Marie-Noëlle Prioleau se sont intéressés à évaluer le degré de variabilité de ce programme temporel pour identifier les mécanismes potentiels impliqués dans cette régulation.

Légende : (A) Les deux allèles d’un locus sont marqués avec un le système Opérateur/Répresseur TetO/TetR-EGFP et sont visualisés comme deux spots fluorescents dans le noyau de chaque cellule. Les spots sont visualisés en vert, et la chromatine marquée au Hoechst 33342 est visualisée en bleu. (B) Les cellules sont suivies par Time-lapse pendant la phase S. L’intensité de fluorescence de chacun des deux spots (notés 1 et 2) est mesurée, le doublement de leur intensité traduit leur duplication. Les courbes d’intensité de chacun des deux allèles (Allèle 1 en bleu et Allèle 2 en vert) sont rapportées sur le graphe. Dans cette cellule les deux allèles se répliquent simultanément, et l’asynchronie allélique (AA) vaut 0.

Les moments de réplication de chacun des deux allèles de plusieurs loci ont été déterminés dans des cellules individuelles de vertébrés suivies par microscopie pendant la phase S. Pour trois loci qui se répliquent durant la première moitié de phase S (très précoce, précoce et milieu de phase S), le contrôle du moment de réplication est très strict. En revanche, pour deux loci répliqués plus tardivement dans la seconde partie de la phase S (milieu de phase S et tardif), le degré de stochasticité est plus élevé.

De façon tout à fait intéressante, le contrôle du moment de réplication d’un sixième locus, localisé dans une région qui se réplique en toute fin de phase S (très tardif), est aussi strict que celui des trois premiers loci de réplication précoce. Il s’avère que ce locus est positionné à proximité de la lamine en périphérie nucléaire. Cette observation est en accord avec la forte corrélation entre les domaines liés à la lamine et les domaines de réplication tardive qui a été rapportée dans la littérature. Pour aller plus loin dans l’étude du lien potentiel entre une proximité à la lamine et un contrôle d’une réplication tardive, le locus de réplication tardive dont le moment de réplication est moins strictement contrôlé a été utilisé. Il apparait que plus le locus est proche de la lamine plus son moment de réplication est tardif.
L’équipe de MN Prioleau suggère que la concentration en origines fortes, qui décroit des régions de réplication précoce aux régions de réplication tardive, serait l’un des facteurs impliqués dans le contrôle du programme temporel de réplication. Un autre facteur serait la proximité à la lamine qui empêcherait le déclenchement de la réplication des régions de réplication tardive jusqu’à la fin de phase S.

Pour en savoir plus :
Bénédicte Duriez, Sabarinadh Chilaka, Jean-François Bercher, Eslande Hercul and Marie-Noëlle Prioleau.
Replication dynamics of individual loci in single living cells reveal changes in the degree of replication stochasticity through S phase. Nucleic Acids Research, 30 Mars 2019.
Contact : benedicte.duriez(at)ijm.fr and marie-noelle.prioleau(at)ijm.fr, équipe Domaines chromatiniens et Réplication

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