Réplication de l'ADN

Crédits : Encyclopædia Universalis France

Pour pouvoir se diviser, une cellule doit d'abord dupliquer son matériel génétique, l'ADN pendant la phase S du cycle cellulaire, qui dure de quelques minutes chez les cellules de l'embryon à quelques heures chez l'adulte.

En 1953, James D. Watson et Francis Crick découvrent la structure en double hélice de l'ADN. Comment une molécule aussi complexe peut elle se dupliquer ? Plusieurs modèles sont proposés :
- le modèle conservatif, dans lequel la nouvelle molécule copie la molécule mère.
- le modèle semi-conservatif dans lequel chaque brin de la molécule mère sert de matrice pour la synthèse d'un brin complémentaire.
- le modèle dissipatif, dans lequel la molécule mère est disloquée puis ré-assemblée en deux molécules filles à partir de fragments des anciens brins et de nouveaux nucléotides.

En 1957, Matthew Meselson et Francklin Stahl cherchent à savoir lequel de ces modèles est correct chez la bactérie Escherichia coli. Elle est cultivée durant plusieurs générations dans un milieu nutritif liquide ne contenant qu'une source d'azote marquée par l'isotope lourd 15N [(chlorure d'ammonium)].

Après qu'un échantillon contrôle C1 ait été prélevé, ces bactéries marquées au 15N sont ensuite cultivées dans un milieu contenant de l'azote ordinaire 14N. Toutes les 20 minutes, c'est-à-dire à chaque génération microbienne un extrait de la culture est prélevé. Un tube contrôle C2 contenant des bactéries cultivées en 14N est ajouté à ces prélèvements.

Après centrifugation afin d'analyser leur composition en azote, ces tubes sont exposés à la lumière ultraviolette, permettant de voir l'ADN. on observe les résultats suivants :
- dans le tube contrôle C1, la bande caractérise un ADN marqué 15N. Dans le tube contrôle C2, elle caractérise l'ADN marqué 14N.
- après une génération de bactéries cultivées sur milieu 14N, tout l'ADN est en position intermédiaire donc hybride, ce qui exclue le modèle conservatif.
- à la seconde génération, Meselson et Stahl observent la présence d'ADN hybride et d'ADN uniquement marqué 14N, excluant ainsi le modèle dissipatif.

Obtenus chez la bactérie Escherichia coli, ces résultats, qui valident le modèle semi-conservatif, ont ensuite été étendus à tous les types cellulaires. Ils s'expliquent par la complémentarite des nucléotides entre le brin ancien et le brin néoformé de l'ADN.

Auteur : Nicolas Chevassus-au-louis