Des chercheurs de l'université de Californie ont filmé l'ADN de la bactérie Escherichia coli en train de se répliquer. À cette occasion, ils ont observé quelques surprises… Il s'agit d'une découverte majeure sur cette étape fondamentale de la vie cellulaire.

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    L'ADN qui constitue notre matériel génétiquematériel génétique se présente sous la forme d'une double hélice qui comprend deux brins. Chacun d'entre eux est composé d'une succession de bases, les « lettres » de l'ADN qui ne sont qu'au nombre de quatre : la guanine, l'adénine, la thymine, la cytosine (G, A, TT et C). Dans l'ADN double brindouble brin, chaque brin est complémentaire de l'autre, la base G s'associant à C et A à T. La réplicationréplication consiste à fabriquer deux moléculesmolécules d'ADN identiques à la molécule mère, et permettre ainsi sa conservation.

    La réplication peut commencer quand une enzymeenzyme appelée hélicasehélicase (Dna B chez E. coliE. coli) déroule la double hélice. Puis une autre enzyme, une primase, attache une amorce ("primer") à chaque brin. Une troisième, un ADN polymérasepolymérase, se lie à l'amorce et ajoute de nouvelles bases.

    Le saviez-vous ?

    In vivo, l’ADN d’E. coli se réplique à la vitesse de 650 paires de bases par seconde. Il existe des différences entre les ADN bactériens et humains mais le processus de réplication est proche.

    Mais la synthèse d'ADN a lieu différemment sur les deux brins. En effet, chaque brin a une extrémité appelée 5' et une autre 3' et les deux sont disposés de manière opposée. Or le nouveau brin croît de 5' en 3'. Pour l'un des deux, le brin « leader », la copie se fait directement en progressant de 5' en 3' sur le nouveau. Mais pour l'autre, des petits fragments de 1 à 3 kilobaseskilobases (kb), appelés fragments d'Okasaki, sont nécessaires pour la copie de l'ADN. Ces petits fragments sont ensuite associés entre eux. C'est pourquoi la synthèse d'ADN est souvent qualifiée de semi-discontinue.

    Quoi qu'il en soit, le nouveau brin génétique fabriqué pendant la réplication est complémentaire de l'original, ce qui permet une réplication fidèle de l'ADN.


    Le processus de réplication a été filmé dans cette vidéo. © UC Davis, via Andy Fell, YouTube

    Pas de coordination dans la synthèse des deux brins d’ADN

    Pendant longtemps on a considéré que les ADN polymérases qui agissent sur le brin leader et sur l'autre se coordonnent pour éviter que l'une des deux avance plus vite que l'autre. Sinon, de longs fragments d'ADN simple brin pourraient déstabiliser le génome. Mais la vidéo qu'ont réalisée les chercheurs de l'université de Californie Davis révèle que chaque brin semble fabriqué indépendamment.

    Pour obtenir ce petit film, l'équipe a extrait des molécules d'ADN de la bactérie E. coli. Ils ont ensuite appliqué un détergent fluorescent qui se lie à la double hélice mais pas à un brin seul, ce qui permet de visualiser la progression d'une double hélice. Les chercheurs ont trouvé qu'en moyenne la vitessevitesse à laquelle les deux brins se répliquent était la même. Mais au cours du processus, il y avait des arrêts et des redémarrages : les deux brins semblaient fonctionner comme deux entités indépendantes avec leur propre planning de synthèse.

    “C'est une manière différente de penser la réplication qui pose de nouvelles questions. ”

    Par exemple, il pouvait arriver que le brin leader continuait sa synthèse tandis que l'autre était en arrêt. Parfois l'un d'eux se répliquait dix fois plus vite que sa vitesse habituelle, sans raison apparente.

    « C'est une manière différente de penser la réplication qui pose de nouvelles questions, a déclaré dans un communiqué Stephen Kowalczykowski, un des auteurs de cette recherche parue dans Cell. C'est un véritable changement de paradigme, a-t-il ajouté. Nous avons montré qu'il n'y avait pas de coordination entre les brins. Ils sont complètement autonomes. »