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5.8:

Remodelage du nucléosome

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Molecular Biology
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JoVE Core Molecular Biology
Nucleosome Remodeling

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L’arrangement ordonné des nucléosomes conduit à une organisation compacte et protectrice de la chromatine, qui peut entraver l’accès à l’information génétique de bien des manières. Tout d’abord, les protéines liant l’ADN, comme l’ARN polymérase, ne peuvent pas facilement s’associer à l’ADN lié à la surface de l’histone. En outre, l’ADN autour de l’histone est fortement courbée, ce qui la rend méconnaissable par les protéines de liaison de l’ADN.Enfin, les protéines non histone de la chromatine peuvent être associées aux nucléosomes, ce qui entraîne un compactage supplémentaire. Par conséquent, les cellules eucaryotes ont des enzymes, appelées complexes de remodelage de la chromatine dépendant de l’ATP, cela peut temporairement et localement remodeler les nucléosomes. Ces complexes contiennent une sous-unité d’hydrolyse de l’ATP qui se lie à la fois aux histones et à l’ADN qui l’entoure.L’hydrolyse de l’ATP fournit l’énergie nécessaire pour perturber l’interaction entre le cœur d’histone et l’ADN. L’énergie obtenue à partir de plusieurs cycles d’hydrolyse de l’ATP permet aux complexes de remodelage de provoquer le glissement des nucléosomes, un processus où l’histone est déplacé le long de l’ADN sans se dissocier de celui-ci. Le glissement du nucléosome s’explique mieux par le modèle de propagation de la boucle d’ADN nucléosomal.Ici, l’ADN de la région de liaison est poussé vers le cœur de l’histone, formant une boucle. Ce renflement se propage ensuite autour du cœur de l’histone comme une onde, brisant et reformant les interactions ADN-histone. Ce processus déplace le cœur de l’histone le long de l’ADN, exposant ainsi les séquences d’ADN jusque-là inaccessibles.Les complexes de remodelage, en association avec les chaperons d’histone, facilitent le remplacement partiel ou complet des cœurs octamères du nucléosomes, affectant indirectement le repliement de la chromatine. Par exemple, le remplacement de l’histone H3 par des histones H3 spécifiques au centromère marque l’emplacement du centromère sur le chromosome. Les protéines non-histones qui lient l’ADN influencent également la position et la stabilité du nucléosome.Certaines protéines liées peuvent favoriser la formation de nucléosomes. Et d’autres protéines ne permettraient pas la formation de nucléosomes à proximité. L’emplacement exact des nucléosomes dépend donc de la nature des protéines non-histones qui se lient à l’ADN.Et en raison de la présence des complexes de remodelage de la chromatine, la composition et l’arrangement des nucléosomes sont très dynamiques.

5.8:

Remodelage du nucléosome

Les nucléosomes sont les unités de base de la compaction de la chromatine. Chaque nucléosome est constitué d’ADN étroitement lié autour d’un noyau d’histone, ce qui le rend inaccessible aux protéines de liaison à l’ADN telles que l’ADN polymérase et l’ARN polymérase. Par conséquent, le problème fondamental est de garantir l’accès à l’ADN le cas échéant, malgré la structure compacte et protectrice de la chromatine.

Complexe de remodelage nucléosomique

Les cellules eucaryotes possèdent des enzymes spécialisées appelées enzymes de remodelage des nucléosomes ATP-dépendantes. Ces enzymes se lient à la fois aux histones et à l’ADN de la plaie et peuvent faciliter le glissement des nucléosomes – un processus dans lequel l’ADN est poussé par rapport au noyau des histones, ou le remplacement partiel ou complet du noyau des histones, modifiant la composition des nucléosomes et affectant indirectement le repliement de la chromatine. L’un des complexes de remodelage les plus connus est Swi/Snf, identifié à l’origine dans la levure.

Mécanisme d’action

Deux modèles sont proposés pour expliquer le glissement des nucléosomes : la diffusion Twist et la propagation Loop/bulge. Ces deux modèles suggèrent que la distorsion de l’ADN se propage à la surface du nucléosome.

Modèle de diffusion Twist

Selon ce modèle, une seule paire de bases est transférée entre l’ADN lié et l’ADN enroulé autour du noyau d’histone. Ce changement de base provoque la torsion ou la détorsion de l’ADN nucléosomique pour s’adapter au gain/perte de paires de bases. Le défaut de torsion se propage ensuite autour du nucléosome d’un segment d’ADN à l’autre dans un processus connu sous le nom de diffusion par torsion. De cette manière, l’octamère d’histone se déplacerait avec l’ADN de la taille de la distorsion.

Modèle de boucle (Loop/bulge)

Selon ce modèle, l’ADN de la région de liaison se déplace de manière transitoire autour du nucléosome, créant une boucle. Celle-ci se déplace ensuite autour de l’histone, créant ou perturbant les interactions histone-ADN. De cette façon, le noyau du nucléosome glisse sur le brin d’ADN, exposant des régions pour des activités génétiques.

Compte tenu de la complexité du repliement de la chromatine, les deux modèles mentionnés ci-dessus peuvent coexister. Cependant, il existe des questions spécifiques que les deux modèles n’expliquent pas, ce qui indique que les processus réels peuvent être encore plus complexes. Par exemple, comment la processivité est-elle atteinte lors du glissement ? Comment chaque élément du complexe de remodelage participe-t-il au processus ? Comment les rénovateurs coopèrent-ils avec les chaperons d’histone ?

L’ATPase de remodelage du nucléosome est impliquée dans plusieurs mécanismes génétiques, tels que l’expression des gènes du développement, la transcription rapide en réponse aux signaux environnementaux, la réplication du génome, la surveillance des dommages à l’ADN et leur réparation.

Les défauts du complexe de remodelage nucléosomique ont un large éventail de conséquences. Au cours du développement embryonnaire, l’échec du remodelage nucléosomique peut affecter la viabilité et provoquer des défauts morphologiques. Cela peut également entraîner des problèmes de réparation de l’ADN, conduisant à une instabilité du génome et le cancer.

Suggested Reading

  1. Molecular Biology of Cell, Alberts, 6th edition, Pages 190-191
  2. Bowman, Gregory D. "Mechanisms of ATP-dependent nucleosome sliding." Current opinion in structural biology 20, no. 1 (2010): 73-81.
  3. Becker, Peter B. "Nucleosome sliding: facts and fiction." The EMBO journal 21, no. 18 (2002): 4749-4753.