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Héritage des structures chromatiniennes

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Bien que toutes les cellules somatiques contiennent les mêmes informations génétiques, les cellules du foie se divisent pour former uniquement les cellules du foie, et les cellules de la peau se divisent en nouvelles cellules de la peau. Chaque type de tissu possède un conditionnement de la chromatine et des modifications d'histone spécifiques, ce qui entraîne des modèles d'expression génique distincts. Ces caractéristiques structurelles de la chromatine, telles que les régions centromère, hétérochromatine et euchromatine, sont héritées de façon épigénétique, ce qui signifie que leurs caractéristiques sont transmises de la cellule mère à la cellule fille, en plus du matériel génétique.

Cela signifie que les phénotypes spécifiques des tissus du foie ou de la peau ou d'autres cellules spécialisées sont transmis pendant chaque tour de division cellulaire sans nécessité de modifications du matériel génétique. La formation de novo centormère sur l'ADN nouvellement synthétisé commence par la liaison du variant CENP-A de l'histone H3 vers l'ADN satellite riche en AT pour former des nucléosomes spécifiques au centromère. Une fois lancée, la structure recrute sélectivement plus d'histones CENP-A dans son voisinage de manière coopérative.

Pendant la réplication de l'ADN, l'octamère d'histones, devant la fourche de réplication, est divisé en deux dimères H2A/H2B et en tétramètre H3/H4. Les deux dimères H2A/H2B sont complètement retirés de l'octamère, alors que les tétramères H3/H4 sont sont vaguement fixés à l'ADN et distribués de façon aléatoire aux brins filles. Les tétramères H3/H4 nouvellement synthétisés sont ensuite ajoutés aux deux brins pour remplir les espaces.

Ceci est suivi par l'ajout de deux dimères H2A/H2B, dont la moitié sont les molécules d'origine et l'autre moitié sont nouvelles, pour compléter l'octamère. Dans la levure, suite à la réplication de l'ADN, l'acétylation de l'histone H3 dans le brin nouvellement synthétisé marque l'euchromatine, alors que la désacétylation de l'histone H3 établit l'emplacement des domaines de la chromatine compacte ou de l'hétérochromatine. La méthylation de l'histone H3 entraîne la condensation de la chromatine.

Après la réplication de l'ADN, les histones méthylées sont répartis de façon aléatoire sur les brins filles, qui s'associent ensuite à l'enzyme histone méthyltransférase pour méthyler l'histone H3 sur les octomères nouvellement synthétisés. L'inactivation du chromosome X est un autre exemple de l'héritage de la structure de la chromatine. Les mammifères femelles reçoivent deux chromosomes X et les mâles en reçoivent seulement un.

Chez les femelles, l'un des chromosomes X est inactivé dans un phénomène appelé compensation de dosage. Ici, un long ARN non-codant, XIST, initie l'inactivation de X en se liant sur toute la longueur d'un chromosome X au stade embryonnaire. Par la suite, le chromosome est maintenu dans ce mode inactif pendant les divisions cellulaires successives à travers toutes les cellules somatiques.

Overview

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L'épigénétique est l'étude des changements héréditaires dans le phénotype d'une cellule sans modifier les séquences d'ADN. Il fournit une forme de mémoire pour le modèle d'expression différentielle des gènes afin de maintenir la lignée cellulaire, la panachure à effet de position, la compensation de dosage et le maintien des structures chromatiniennes telles que les télomères et les centromères. Par exemple, la structure et l’emplacement du centromère sur les chromosomes sont hérités de manière épigénétique. Sa fonctionnalité n’est pas dictée ou assurée par la séquence d’ADN sous-jacente, mais plutôt par l’organisation de la chromatine et les variantes des histones. Une fois établies, l’organisation et les fonctions des centromères restent héritées de manière stable à travers plusieurs divisions cellulaires.

Les histones sont au cœur de l’héritage épigénétique

Dans le nucléosome, l’ADN et les histones sont chimiquement modifiés. L'ADN est méthylé au niveau des résidus cytosine et les histones sont méthylées, acétylées ou phosphorylées. Chacune de ces modifications constitue un signal appelé code d'histone. Des progrès récents mettent en évidence la méthylation comme une véritable marque épigénétique et la complexité chromatinienne comme le principal vecteur des marques épigénétiques. La présence de variantes d'histone à des endroits et à un moment spécifiques augmente la complexité de l'organisation de la chromatine. Par exemple, le variant CENP-A de l'histone H3 est incorporé dans un nucléosome d'une manière indépendante de la synthèse de l'ADN, ce qui donne un nucléosome inhabituellement stable.

Héritage des histones

La méthylation de l'ADN, le dépôt d'histones sur les brins d'ADN et les modifications post-traductionnelles des histones ou du code des histones sont liés à la machinerie de réplication. Le PCNA, un facteur de processivité de l'ADN, est la protéine vitale qui relie la réplication de l'ADN à l'héritage des marques épigénétiques. Au niveau de la fourche de réplication, les nucléosomes sont déplacés de telle sorte que les dimères H2A-H2B sont entièrement retirés de la fourche de réplication. Les tétramères parentaux H3-H4 sont ensuite distribués aux brins filles, suivi du placement de sous-unités d'histone nouvellement synthétisées sur les histones parentales pour compléter les nucléosomes.

Transcript

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$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Bien que toutes les cellules somatiques contiennent les mêmes informations génétiques, les cellules du foie se divisent pour former uniquement les cellules du foie, et les cellules de la peau se divisent en nouvelles cellules de la peau. Chaque type de tissu possède un conditionnement de la chromatine et des modifications d'histone spécifiques, ce qui entraîne des modèles d'expression génique distincts. Ces caractéristiques structurelles de la chromatine, telles que les régions centromère, hétérochromatine et euchromatine, sont héritées de façon épigénétique, ce qui signifie que leurs caractéristiques sont transmises de la cellule mère à la cellule fille, en plus du matériel génétique.

Cela signifie que les phénotypes spécifiques des tissus du foie ou de la peau ou d'autres cellules spécialisées sont transmis pendant chaque tour de division cellulaire sans nécessité de modifications du matériel génétique. La formation de novo centormère sur l'ADN nouvellement synthétisé commence par la liaison du variant CENP-A de l'histone H3 vers l'ADN satellite riche en AT pour former des nucléosomes spécifiques au centromère. Une fois lancée, la structure recrute sélectivement plus d'histones CENP-A dans son voisinage de manière coopérative.

Pendant la réplication de l'ADN, l'octamère d'histones, devant la fourche de réplication, est divisé en deux dimères H2A/H2B et en tétramètre H3/H4. Les deux dimères H2A/H2B sont complètement retirés de l'octamère, alors que les tétramères H3/H4 sont sont vaguement fixés à l'ADN et distribués de façon aléatoire aux brins filles. Les tétramères H3/H4 nouvellement synthétisés sont ensuite ajoutés aux deux brins pour remplir les espaces.

Ceci est suivi par l'ajout de deux dimères H2A/H2B, dont la moitié sont les molécules d'origine et l'autre moitié sont nouvelles, pour compléter l'octamère. Dans la levure, suite à la réplication de l'ADN, l'acétylation de l'histone H3 dans le brin nouvellement synthétisé marque l'euchromatine, alors que la désacétylation de l'histone H3 établit l'emplacement des domaines de la chromatine compacte ou de l'hétérochromatine. La méthylation de l'histone H3 entraîne la condensation de la chromatine.

Après la réplication de l'ADN, les histones méthylées sont répartis de façon aléatoire sur les brins filles, qui s'associent ensuite à l'enzyme histone méthyltransférase pour méthyler l'histone H3 sur les octomères nouvellement synthétisés. L'inactivation du chromosome X est un autre exemple de l'héritage de la structure de la chromatine. Les mammifères femelles reçoivent deux chromosomes X et les mâles en reçoivent seulement un.

Chez les femelles, l'un des chromosomes X est inactivé dans un phénomène appelé compensation de dosage. Ici, un long ARN non-codant, XIST, initie l'inactivation de X en se liant sur toute la longueur d'un chromosome X au stade embryonnaire. Par la suite, le chromosome est maintenu dans ce mode inactif pendant les divisions cellulaires successives à travers toutes les cellules somatiques.

Key Terms and Definitions

Learning Objectives

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Chromatin Inheritance

Histone Modifications

Epigenetic Marks

Centromere Inheritance

Histone Variants

DNA Replication

Nucleosome Assembly

X Chromosome Inactivation

Histone Methylation

Histone Acetylation