Chromatine

Compaction de l'ADN dans la chromatine
Compaction de l'ADN au sein de la chromatine. De gauche à droite : l'ADN, le nucléosome, le nucléofilament, la fibre de 30 nm et le chromosome métaphasique.

La chromatine est la structure au sein de laquelle se trouve l'ADN dans le noyau des cellules eucaryotes. La chromatine est constituée de l'association de l'ADN, d'ARN et de protéines et permet l'empaquetage de l'ADN avec les protéines sous forme d'une structure compacte et organisée dans le volume réduit du noyau. C'est le constituant principal des chromosomes eucaryotes. Les protéines trouvées au sein de la chromatine sont de deux types : les histones et les protéines non-histones.

Il existe deux types de chromatines: - L'euchromatine : chromatine lâche donc la forme la moins condensée où l'ADN est accessible afin de pouvoir la traduire. Elle sert a l'expression des gènes.

- L'hétérochromatine : chromatine dense donc une forme plus condensée qui ne permet pas l'accessibilité à l'ADN

Les progrès de la biologie moléculaire ont récemment montré que la chromatine porte aussi de l'information épigénétique. Cette information est inscrite à la fois dans l'ADN, sous forme de méthylation des bases à certains sites, et dans les histones qui peuvent porter également des modifications (méthylations, acétylations...) au sein des nucléosomes. Ces «marquages» épigénétiques à certains sites vont affecter la compacité de la chromatine et son activité biologique, notamment la capacité de l'ADN à être transcrit en ARN. Cette information épigénétique, variable d'un type cellulaire à l'autre, s'ajoute à l'information génétique codée dans l'ADN peut être transmise lors de la réplication du génome durant les divisions cellulaires et la différenciation des tissus.

Historique

La chromatine a été découverte vers 1880 par Walther Flemming, qui lui attribua ce nom en raison de son affinité pour les colorants[1]. Les histones sont découvertes peu après, en 1884 par Albrecht Kossel. Peu de progrès sont ensuite réalisés sur la structure de la chromatine jusque dans les années 1970 et les premières observations de fibres chromatiniennes en microscopie électronique, révélant l’existence du nucléosome, l’unité de base de la chromatine, dont la structure détaillée sera finalement résolue par cristallographie aux rayons X en 1997[2].

Fibre chromatinienne

Structure du nucléosome
Structure du nucléosome. L'octamère d'histones est au centre, et le segment d'ADN est enroulé autour. Les extrémités N-terminales des histones dépassent à l'extérieur et sont accessibles à la surface. Image produite à partir du fichier PDB 1KX5.

L'élément de base de la chromatine est le nucléosome. Les nucléosomes sont constitués d'un segment de 146 paires de bases d'ADN enroulé autour d'un disque protéique octamère, un assemblage de 8 molécules d'histones H2A, H2B, H3 et H4. Les nucléosomes s'enchaînent sur l'ADN pour constituer une structure en collier de perles (structure rarissime dans la cellule, les nucléosomes sont en fait empilés les uns sur les autres). Avec l'addition d'histones H1, le filament nucléosomique, appelé aussi la fibre de 10 nm est à son tour compacté sous forme de fibres de 30 nm de diamètre (n'existe pas) source : https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/20926298[3], constituant l'unité de base de la chromatine. Cette fibre elle-même peut être plus ou moins condensée (sur-enroulée). Au niveau ultrastructurel, en microscopie électronique, on distingue l'euchromatine, peu dense, qui contient les gènes actifs et l'hétérochromatine, dense.

En début de mitose, la chromatine se condense sous forme de chromosomes.

Types de chromatine

Articles détaillés : Euchromatine et Hétérochromatine.

Deux types de chromatine peuvent être distingués :

  • L'euchromatine, qui consiste en ADN actif, de structure globalement décondensée permettant l'expression génique.
  • L'hétérochromatine, régions d'ADN condensé qui consiste en ADN principalement inactif. Il semble servir à des fins structurelles durant les phases chromosomiques. L'hétérochromatine peut à son tour se subdiviser en deux types :
    • L'hétérochromatine constitutive, qui n'est globalement pas exprimée. Elle est située autour des centromères et des télomères et consiste en général en des séquences répétitives.
    • L'hétérochromatine facultative, qui contient généralement des gènes éteints. Le transcriptome de la cellule est régulée par cette structure, ainsi les cellules en stade final de différenciation (qui doivent donc exprimer un nombre de gènes restreint, assurant juste leur métabolisme et leur fonction) présentent de nombreuses régions de cette hétérochromatine facultative. L'exemple le plus fréquemment donné est l'inactivation d'un des deux chromosomes X chez les mammifères.
Figure 2 : Différents niveaux de condensation de l'ADN. (1) double brin d'une molécule d'ADN. (2) Brin de chromatine (ADN avec histones). (3) Chromosome au cours de l'interphase avec centromère. (4) Chromosome condensé au cours de la prophase. (Deux copies de molécules d'ADN sont présentes) (5) au cours de la métaphase.


Influence de la structure chromatinienne sur l'expression génique

Le contrôle de la structure chromatinienne est aussi un mode de contrôle de l'expression génique. En effet, l'ADN pour être exprimé doit être décompacté, un complexe de remodelage intervient donc pour désorganiser les histones afin de permettre la fixation de facteurs trans sur l'ADN et son expression.

Aussi les histones, comme l'ADN, sont soumises à des modifications chimiques régulant l'expression génique. Ces modifications ne concernent que la partie N-Terminale des histones H2A, H2B, H3 et H4, alors qu'elles concernent aussi bien l'extrémité C-Terminale que N-Terminale chez l'histone H1. Une méthylation des résidus lysine aura généralement un effet inhibiteur, réprimant l'expression du génome; alors que son acétylation couplé à une méthylation des arginines aura plutôt un effet activateur réduisant les charges positives de celle-ci et participant ainsi à sa désorganisation. On remarque en effet qu'à certains complexes de répression sont associées des activités désacétylases.

Notes et références

  1. Olins et Olins, 2003.
  2. Luger, Mäder, Richmond et Sargent, 1997.
  3. Németh et Längst, 2004

Voir aussi

Bibliographie

  • (en) Karolin Luger, Armin W. Mäder, Robin K. Richmond, David R. Sargent et Timothy J. Richmond, « Crystal structure of the nucleosome core particle at 2.8 A resolution », Nature, vol. 389, no 6648,‎ , p. 251–260 (PMID 9305837, DOI 10.1038/38444)
  • (en) Attila Németh et Gernot Längst, « Chromatin higher order structure: opening up chromatin for transcription », Brief. Funct. Genomic Proteomic, vol. 2, no 4,‎ , p. 334-343 (PMID 15292447)
  • (en) Donald E. Olins et Ada L. Olins, « Chromatin history: our view from the bridge », Nat. Rev. Mol. Cell Biol., vol. 4, no 10,‎ , p. 809–814 (PMID 14570061, DOI 10.1038/nrm1225)

Articles connexes