Dans les années 1920, le zoologiste américain Theophilus Painter travaillait dans son laboratoire de l’université du Texas à Austin, pour tenter de découvrir les secrets des chromosomes sexuels en tranchant des testicules d’humains, d’opossums et d’autres animaux. Il alla même jusqu’à inventer un couteau spécial composé de plusieurs lames de rasoir, tout cela pour mieux trancher de fines sections de tissu testiculaire et maintenir les structures détaillées des cellules et des chromosomes à l’intérieur du sperme en développement.
Réalisant que personne n’avait définitivement prouvé le nombre de chromosomes humains, il entreprit de fouiller des tranches de testicules humains au microscope, essayant de compter les chromosomes dans la masse enchevêtrée de chromatine.
En 1923, il publia ses résultats. Le sperme contenait 24 chromosomes, donc s’il y en avait un nombre égal provenant de l’ovule, alors les humains devaient avoir 48 chromosomes au total, soit 24 paires. Affaire classée.
D’autres chercheurs étaient perplexes. Certains pensaient que les humains avaient 19 paires de chromosomes. D’autres étaient sûrs qu’il y avait 23 paires. Mais Painter était absolument convaincu qu’il avait le bon nombre et qu’il en avait trouvé plus que tous les autres, alors peut-être qu’ils ne comptaient pas assez soigneusement ou que leurs cellules avaient en quelque sorte perdu quelques chromosomes en cours de route ?
Des livres et du matériel pédagogique ont été produits pour montrer les chromosomes de Painter, étiquetés avec le nombre magique de 24. Et c’est ainsi. Les humains ont 48 chromosomes, 24 paires, et c’est la fin de tout ça.
Mais quelque chose ne semblait pas correct. Trente ans plus tard, des chercheurs de l’université de Lund, dans le sud de la Suède, ont décidé d’enquêter.
Les gumshoes de cette affaire scientifique étaient Albert Levan et Joe-Hin Tjio – un sélectionneur de plantes et un photographe passionné né en Indonésie en 1919, qui a été emprisonné et torturé par les Japonais pendant la Seconde Guerre mondiale. En quête d’une nouvelle vie, Tjio est venu en Europe pour poursuivre son intérêt pour la génétique des plantes, et c’est ainsi qu’il a fait équipe avec Levan pour résoudre le mystère des chromosomes humains manquants.
Durant les années 1930, Levan avait développé de nouvelles techniques pour étudier les chromosomes endommagés dans les racines des plantes qui avaient été exposées à des produits chimiques toxiques, mais il a ensuite remarqué une similitude inhabituelle avec les chromosomes endommagés qui étaient souvent observés dans les cellules cancéreuses. Il a installé un laboratoire à Lund et a changé son objectif pour comprendre comment les chromosomes défectueux pouvaient contribuer aux cancers humains et a fait appel à Tjio pour l’aider.
Mais pour comprendre ce qui se passe quand les choses vont mal, il faut savoir ce qui se passe quand les choses vont bien.
Jusqu’à ce moment-là, personne n’avait mis en doute que le nombre magique de 48 chromosomes humains de Painter pouvait être faux, mais Levan et Tjio ont décidé de revérifier, juste pour être sûrs que leurs comparaisons avec les cellules cancéreuses étaient correctes.
Il y avait eu quelques avancées techniques au cours des 30 années écoulées. L’une d’elles consistait à mettre les cellules dans un liquide très dilué pour les faire gonfler, étalant ainsi leurs chromosomes pour faciliter le comptage. Une autre était l’idée pionnière de Levan d’utiliser la colchicine – un produit chimique fabriqué dans les crocus – qui arrête les cellules pendant le processus de division, juste au point où leurs chromosomes sont proprement condensés et appariés.
Un autre facteur était pratique plutôt que technique. Jusqu’alors, les seules cellules qui se développaient de manière fiable en laboratoire avaient été prélevées sur des échantillons de cancer, ce qui ne permettait pas de compter le nombre correct de chromosomes dans des cellules saines. Les cellules recueillies à partir de tissus adultes sains ne se développaient pas ou ne se multipliaient pas très bien, ce qui rendait impossible de voir les chromosomes condensés qui ne sont présents que pendant la division cellulaire.
Mais la Suède était l’un des rares pays où l’avortement était légal, de sorte que Levan et Tjio ont pu se procurer des cellules embryonnaires humaines qui se développaient facilement en laboratoire, créant ainsi un approvisionnement fiable de cellules saines à division rapide avec un nombre normal de chromosomes.
Le décor était planté pour le grand compte des chromosomes.
Ces premiers indices que le nombre magique pourrait être 46, et non 48, sont en fait venus des collègues de Levan et Tjio à Lund, Evan et Yngve Melander. Ils avaient observé des cellules à croissance rapide dans des cellules hépatiques d’embryons, écrasées sur des lames de verre, et étaient convaincus que le compte initial de Painter était erroné. Mais pour une raison quelconque, ils ont décidé de ne pas publier, et ont préféré informer Levan de leur découverte afin que son équipe puisse approfondir ses recherches.
Pendant toute l’année 1955, Levan et Tjio voyageaient tellement qu’il est difficile de voir comment ils trouvaient le temps de faire des expériences, mais Tjio avait l’habitude de travailler toute la nuit, utilisant ses compétences en photographie pour prendre des photos de haute qualité de préparations de chromosomes à partir de cellules pulmonaires embryonnaires. Et à 2 heures du matin, le 22 décembre 1955, Tjio a pris sa photo cruciale, montrant clairement 46 chromosomes.
Après avoir examiné environ 250 autres cellules, toutes avec le même nombre, la vérité est devenue inévitable. Levan et Tjio ont publié leurs conclusions au début de 1956, après un bref bras de fer sur la paternité de l’article, corrigeant une erreur qui avait persisté pendant plus de trois décennies.
Je trouve étonnant de penser qu’alors même que Rosalind Franklin et son étudiant diplômé Ray Gosling prenaient la photo qui allait servir à comprendre la structure de l’ADN en 1952, personne ne connaissait le nombre correct de chromosomes dans le génome humain.
C’est un exemple impressionnant de pensée de groupe scientifique. Même si d’autres groupes avaient la certitude que 46 était le compte correct, Painter avait réussi à persuader tous les autres de le croire plutôt que l’évidence de leurs propres yeux. Plusieurs autres chercheurs qui avaient publié des articles étayant l’affirmation de 48 ont dû faire marche arrière et admettre qu’ils avaient tort.
Comme le souligne Peter Harper dans une revue revenant sur la saga du comptage des chromosomes, « Il s’agit d’une question générale importante pour la science, car elle montre comment, avec l’incertitude résultant d’une technologie inadéquate avant l’étude de 1956, un degré remarquable de subjectivité peut entrer dans une analyse apparemment impartiale, les études ultérieures tentant de s’accorder avec les conclusions précédemment acceptées même lorsque les faits ne le justifiaient pas. »
La publication du nombre correct de chromosomes humains – ainsi que les méthodes améliorées pour les préparer afin que chacun d’entre eux puisse être clairement vu, ont préparé le terrain pour la science moderne de la cytogénétique humaine.
Il est facile de l’oublier à l’ère actuelle du séquençage de l’ADN à haut débit, mais pendant longtemps, la seule façon d’étudier les maladies comme le cancer qui sont causées par des réarrangements et des mutations génétiques était de regarder directement les chromosomes eux-mêmes.
Les chercheurs ont développé des techniques pour étudier la structure interne des chromosomes, repérant les réarrangements et les changements qui conduisaient à la maladie. Tout d’abord, il y a eu le marquage G – en utilisant une coloration spéciale connue sous le nom de Giemsa qui préfère se coller aux parties de l’ADN qui sont particulièrement riches en As et en Ts. En examinant attentivement les changements dans les motifs des rayures des chromosomes, les scientifiques ont pu commencer à appréhender les altérations chromosomiques qui sous-tendent le cancer et d’autres maladies.
Vient ensuite l’hybridation in situ en fluorescence, ou FISH – une façon de mettre en évidence des gènes spécifiques avec des sondes de couleur vive. Le premier changement chromosomique spécifique observé dans les cellules cancéreuses était une étrange structure tronquée, repérée pour la première fois en 1959 par David Hungerford et Peter Nowell à Philadelphie. Ce minuscule chromosome de Philadelphie, comme on l’a appelé, apparaît systématiquement dans la leucémie myéloïde chronique et est créé lorsque des parties des chromosomes 9 et 22 sont interverties. Les efforts déployés pour cibler le gène cancérigène hyperactif produit accidentellement par cette fusion ont conduit au développement du Glivec – sans doute l’un des médicaments anticancéreux les plus efficaces jamais inventés.
En 1959, Jérôme Lejeune et Marthe Gauthier ont révélé leur découverte que le syndrome de Down est causé par le port d’une copie supplémentaire du chromosome 21, connue sous le nom de trisomie – c’était la première fois qu’une condition comme celle de Downs était liée à des anomalies chromosomiques. C’est aussi l’histoire d’une femme dont la contribution à la science a été négligée, car Marthe prétend avoir fait l’essentiel du travail et avoir été la première personne à faire la découverte, tandis que Jérôme s’en est attribué le mérite. Mais c’est une histoire pour un autre jour.
Enfin, je vous laisserai avec les mots d’Albert Levan, qui a dit qu’après avoir passé 50 ans de sa vie à regarder les chromosomes humains, il les considérait comme ses amis.
Références et lectures complémentaires :
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Theophilus Painter : Premiers pas vers la compréhension du génome humain FRANK H. RUDDLE. JOURNAL OF EXPERIMENTAL ZOOLOGY 301A:375-377 (2004)
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Biographie de Theophilus Painter, L’encyclopédie du projet Embryo
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La découverte du nombre de chromosomes humains à Lund, 1955-1956. Harper PS. Hum Genet. 2006.
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LE CHROMOSOME NUMÉRO DE L’HOMME, JOE HIN TJIO ALBERT LEVAN Première publication : Mai 1956 https://doi.org/10.1111/j.1601-5223.1956.tb03010.x
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Cinquantième anniversaire de la trisomie 21 : retour sur une découverte. Marthe Gautier et Peter S. Harper. Hum Genet (2009) 126:317-324
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