Le noyau est un endroit mystérieux. Comme un trou noir à l'intérieur de la cellule, une immense quantité de matière y est confinée. Deux mètres d'ADN - la hauteur d'un réfrigérateur - se logent dans le noyau qui fait 1/50e de la taille d'un grain de sel, sans compter toutes les protéines et l'eau qui l'accompagnent. Malgré la densité élevée de matière dans le noyau, il y a tout de même d'abondantes activités bien coordonnées à l'intérieur, ce qui rend le noyau encore plus intrigant. La façon dont toute cette matière nucléaire est organisée est une source d'énigme parmi les scientifiques.  

La chromatine est-elle liquide ou solide ?

Au cours des dernières décennies, l'état de la matière de la chromatine a fait l'objet de nombreux débats. S'agit-il d'un liquide ou d'un solide ? D'un point de vue dynamique, un état liquide conférerait aux particules de chromatine plus de mouvement, ce qui leur permettrait de mener à bien leurs activités. D'autre part, une matière solide contenant des particules quasi-statiques très compactes pourrait expliquer comment une telle quantité de chromatine peut occuper un si petit espace. Jusqu'à récemment, on pensait que la chromatine était liquide. À présent, d'importants travaux menés par les laboratoires de Michael J. Hendzel (Université de l'Alberta) et de Jeffrey C. Hansen (Université du Colorado) confirment que la chromatine a un comportement solide à moyenne échelle.

La chromatine à moyenne échelle a un comportement solide

Hilmar Strickfaden et ses collègues scientifiques ont déterminé l'état de la matière à l'intérieur du noyau en observant le mélange des fibres de chromatine nucléaire ; elles sont liquides si elles peuvent se mélanger aux fibres environnantes dans la chromatine condensée, et solides si elles sont contraintes dans une région spécifique. Leurs observations montrent que la chromatine est sous forme d'hydrogel solide - un peu comme du Jell-O - tandis que les protéines qui interagissent avec la chromatine (c'est-à-dire les protéines de liaison à la chromatine) sont dans un état liquide dans des conditions physiologiques in vitro et dans les cellules vivantes. La chromatine se condense en agrégats (c'est-à-dire en condensats de chromatine) observables à moyenne échelle qui agissent comme des échafaudages solides pour les protéines de liaison à la chromatine qui circulent librement. Que les condensats soient hautement condensés en hétérochromatine ou plus désagrégés en euchromatine, ils restent fermement liés entre eux et présentent des propriétés flexibles évoquant celles d'un hydrogel. Ils peuvent être soumis à des forces externes, à des changements d'osmolarité (conditions diluées vs concentrées) et à un affaiblissement structural par hyperdécondensation induite. 

Ni trop confinée, ni trop détendue

Comme Boucles d'or le préférerait, la chromatine solide n'est ni trop confinée ni trop détendue à la moyenne échelle, ce qui pourrait expliquer pourquoi la chromatine peut encore être si dynamique. Bien que dépourvue de mouvement de loin, si l'on s'en approche de bien plus près, les structures de chromatine à l'échelle nanométrique (c'est-à-dire les nucléosomes) pourraient avoir des propriétés liquides, leur conférant une liberté de mouvement qui semble indispensable à la fonctionnalité de la chromatine. L'épigénétique ayant révolutionné notre compréhension de la chromatine, la biophysique devient un élément clé pour percer les derniers mystères non résolus.

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Strickfaden H, et al. 2020. Condensed Chromatin Behaves like a Solid on the Mesoscale In Vitro and in Living Cells. Cell. Dec 23;183(7):1772-1784