Pour la première fois, des scientifiques ont montré que l’architecture tridimensionnelle des chromosomes pouvait être préservée, il est vrai dans des conditions très particulières.
Cette découverte ouvre une fenêtre vers le passé, sur la biologie d’espèces éteintes.
Il y a cinquante-deux mille ans, une femelle mammouth, de l’espèce dite mammouth laineux, mourrait dans l’actuelle Sibérie. Son corps fut presque instantanément gelé, sous les températures de la dernière période glaciaire.
Cinquante-deux mille ans après, le 11 juillet 2020, sur l’écran de la revue scientifique Cell apparaît l’image numétique attribuée à des « chromosomes fosssiles ».
Pour réaliser cet exploit, il a fallu dix ans d’une aventure scientifique qui a fait se rencontrer deux familles de généticiens : des paléogénéticiens, qui analysent l’ADN ancien, et des spécialistes de la génomique structurelle.
Ces derniers étudient l’architecture du génome. Dans le noyau de nos cellules, les chromosomes, constitués d’ADN et de protéines, ne sont pas repliés de manière aléatoire. Des régions physiquement proches interagissent entre elles, alors même qu’elles peuvent être très éloignées sur la séquence génétique.
Connaître la structure tridimensionnelle du génome est suffisant pour avoir une image de l’activité des gènes », selon Marc Marti-Renom, chercheur spécialisé dans la génomique structurelle au Centre national d’analyse génomique, à Barcelone, et coauteur de l’étude.
Jusqu’ici, les paléogénéticiens étaient bloqués dans une dimension linéaire. Car l’ADN ancien se présente habituellement comme de toutes petites parcelles. Et son analyse consiste à observer les variations sur la séquence génétique, les mutations. « Ce que vous disent les mutations, c’est de quoi est capable votre génome, mais çela ne dit pas ce qu’il fait exactement», explique Régis Debruyne, ingénieur de recherche en paléogénétique au Muséum national d’histoire naturelle, à Paris.
Mais les auteurs de cette étude avaient une intuition : l’architecture tridimensionnelle des chromosomes pourrait être, dans certains cas, préservée. Et c’est cette femelle mammouth, retrouvé dans le permafrost, ce sol perpétuellement gelé, par une expédition scientifique en 2018, qui a permis de la confirmer.
Les chercheurs ont utilisé sur un échantillon de sa peau une technique d’analyse à haut débit de la conformation des chromosomes appelée Hi-C, qui permet d’isoler les zones de contact entre des séquences ADN qui sont géographiquement proches dans le noyau des cellules. Cette analyse leur a montré que la conformation des chromosomes était conservée, cinquante-deux mille ans après la mort de l’animal.l
Ils ont ensuite pu reconstituer le génome de la mammouth. En l’assemblant pièce par pièce, chacune étant composée de minuscules bouts de chromosomes collés, ils ont résolu un immense puzzle en 3D.
Cette méthode est une petite révolution dans la paléogénomique. Habituellement, chaque petit fragment d’ADN ancien est « aligné » sur un génome connu, celui de l’éléphant par exemple. Comme s’il fallait trouver où va cette petite pièce d’ADN de mammouth, dans un puzzle du génome d’éléphant, à plat. Résoudre un puzzle entier de mammouth en 3D est une première.
« Ce sont des choses qu’on rêvait de pouvoir faire depuis une quinzaine d’années, réagit Régis Debruyne, qui n’a pas participé à l’étude. Ouvrir des dimensions de la génomique qui, jusque-là, nous paraissaient inaccessibles. »
Les chercheurs ont pu enfin compter les chromosomes du mammouth : vingt-huit, comme l’éléphant. Ils avaient utilisé la même méthode pour reconstituer en 3D les génomes des éléphants d’Asie et d’Afrique. « Pour la première fois, on peut voir des différences dans la structure du génome entre une espèce éteinte et celle que l’on utilise comme référence. Cela ouvre des possibilités inédites ! », selon Michael Hofreiter, professeur de génomique évolutive à l’université de Potsdam, en Allemagne.
En comparant les génomes de ce mammouth laineux et de l’éléphant d’Asie, son plus proche cousin, les auteurs ont remarqué que deux régions diffèrent, non pas dans leur séquence, mais dans leur expression. Dans le livre du génome, deux chapitres sont lus chez l’un, et pas chez l’autre. Le premier contient le code pour faire pousser des poils. Le deuxième est une région impliquée dans l’adaptation au froid.
« Cette technologie ouvre une fenêtre vers le passé. En nous permettant de mieux comprendre la régulation des gènes, lesquels étaient activés au moment où l’animal est mort », explique Marcela Sandoval-Velasco, ancienne post-doctorante au Centre d’hologénomique évolutive, à Copenhague. Elle ouvre un nouveau champ d’exploration de la biologie des espèces éteintes, comme plus généralement de l’évolution.
En fait on peut prévoir que cette publication pourrait ouvrir « un nouvel eldorado ». Une ruée vers des échantillons du permafrost révélerait de nouveaux chromosomes fossiles.
Ces résultats marquent aussi une avancée dans la connaissance du génome du mammouth. Une espèce emblématique, qui fait l’objet de projets controversés de « dé-extinction » ou de « réapparition » menés par des entreprises comme l’américaine Colossal Biosciences https://colossal.com/.
Pour comprendre comment la structure tridimensionnelle des chromosomes a pu être préservée dans la peau de ce mammouth, l’équipe s’est associée à des physiciens. Cette conservation exceptionnelle est liée à un phénomène de vitrification, une déshydratation par le froid, similaire à celle utilisée dans l’industrie agroalimentaire pour la conservation des aliments. Ils ont appelé cet état le « chromoglass », ou « verre de chromosomes ». Il fige les fragments de chromosomes, à l’échelle nanométrique, tels des milliers de voitures dans un embouteillage géant.
Ce « chromoglasss » peut-il être retrouvé dans d’autres restes d’espèces disparues ? Les auteurs l’espèrent, car ils ont pu reproduire leurs analyses sur un autre petit mammouth, datant de trente-neuf mille ans. Quant aux espèces fossiles, connues ou inconnus, elles pourraient se compter par milliers.
En fait on peut prévoir que cette publication pourrait ouvrir « un nouvel eldorado ». Une ruée vers des échantillons du permafrost révélerait de nouveaux chromosomes fossiles.
Ces résultats marquent aussi une avancée dans la connaissance du génome du mammouth. Une espèce emblématique, qui fait l’objet de projets controversés de « dé-extinction » ou de « réapparition » menés par des entreprises comme l’américaine Colossal Biosciences https://colossal.com/.
Il est certain que Colossal gardera un œil attentif, à l’avenir, à cette nouvelle dimension de la paléogénomique. Même si « déséteindre » une espèce reste, pour le moment, de la science-fiction.
Article adapté de
Europe Solidaire 