5.7: Emballage de la chromatine

Chaque cellule somatique humaine contient 6 milliards de paires de bases d'ADN. Chaque paire de bases mesure 0,34 nm de long, ce qui signifie que chaque cellule diploïde contient 2 mètres d'ADN. Ce long brin d'ADN est emballé à l'intérieur d'un noyau mesurant seulement 10 à 20 microns de diamètre à l'aide de protéines spécialisées de liaison à l'ADN appelées histones. Ensemble, elles forment un complexe compact d'ADN-protéine appelé chromatine. La chromatine est ensuite davantage compactée en structures de plus haut niveau. Le niveau de compactage le plus élevé est atteint pendant la métaphase du cycle cellulaire, où la chromatine se condense pour former les chromatides d'un chromosome.

Nucléosomes

Les nucléosomes sont l'unité fonctionnelle et répétitive de base de la chromatine. Un nucléosome est composé de 8 protéines histones enroulées autour de 147 paires de bases d'ADN. Sous un microscope électronique, la chromatine ressemble à des perles sur un fil en raison de la présence de nucléosomes sur sa longueur. L'emballage de l'ADN en nucléosomes raccourcit sa longueur de sept fois.

Modèle de solénoïde

Les nucléosomes sont ensuite enroulés en hélices de 30 nm. Une telle compaction est expliquée par une hypothèse largement acceptée - le modèle de solénoïde. Un solénoïde fait référence à la structure d'un fil enroulé sur un axe central. Ce modèle propose que les nucléosomes soient disposés dans une conformation hélicoïdale à gauche avec six nucléosomes ou plus par tour. L'une des protéines histones non essentielles, H1, joue un rôle essentiel dans la compaction des nucléosomes ; en son absence, la fibre de chromatine se transforme en amas irréguliers de nucléosomes.

La compaction rend également l'ADN moins accessible aux enzymes de réplication et de transcription. En conséquence, la chromatine moins condensée, appelée euchromatine, est plus accessible aux enzymes de transcription par rapport à l'hétérochromatine densément emballée.

L'emballage de la chromatine est un domaine de recherche actif. Les données émergentes ont permis aux scientifiques de voir la chromatine et les nucléosomes non pas comme des structures hautement définies, mais comme un continuum de diverses conformations inter-convertibles à tous les stades de l'emballage de la chromatine.

Ce texte est adapté de Openstax, Anatomy and Physiology 2e, Section 3.3: Nucleus and DNA replication and Openstax, Biology, Section 10.1: Cell division.

Dans les cellules humaines diploïdes, environ deux mètres d’ADN sont comprimés à l’intérieur d’un noyau d’un diamètre de quelques microns.

L’ADN, ainsi que les protéines histones, forment un complexe appelé chromatine. Au microscope, la chromatine étendue ressemble à des perles sur un fil. Chaque perle est appelée un nucléosome, composé d’ADN enroulé autour d’un noyau d’histones. Le fait d’être emballé dans des nucléosomes réduit de sept fois la longueur de l’ADN.

Après s’être liés aux histones de liaison, les nucléosomes sont empilés dans un réseau hélicoïdal, créant une fibre plus courte et plus épaisse d’un diamètre de 30 nanomètres appelée fibre de 30 nanomètres.

Le modèle solénoïde largement accepté propose que les nucléosomes sont disposés en une hélice gaucher avec six nucléosomes ou plus par tour, raccourcissant la longueur de l’ADN de 50 fois.

Cette disposition garantit que les régions de chromatine activement transcrites ou répliquées se présentent sous la forme de billes étendues sur une chaîne, tandis que le reste existe sous forme de fibre de 30 nm.

Les fibres de 30 nanomètres s’enroulent enroulées, formant des boucles de 300 nanomètres de long, qui sont ensuite compressées en bobines de 250 nanomètres de large.

Au cours de la métaphase, les fibres de chromatine forment des chromosomes hautement condensés. Après la division cellulaire, les chromosomes se déroulent à nouveau.