Découverte de la structure d'une particule fondamentale de la chromatine

Résultats scientifiques

Un consortium international dévoile la structure complète du nucléosome. Ce travail représente une avancée très importante dans la connaissance de l’organisation moléculaire de la chromatine qui joue un rôle essentiel dans de nombreux processus nucléaires, tels que l'expression des gènes, la réplication de l'ADN et la réparation de l'ADN endommagé. Cette étude a été publiée le 4 mai 2017 dans la revue Molecular Cell.

Notre information génétique est codée dans l’ADN et emballée dans le noyau cellulaire sous forme de chromatine. La chromatine, formée par l’enroulement de l’ADN autour d’un cœur d’histones, s’organise suivant différents niveaux de compaction : de la particule cœur du nucléosome (ou NCP pour nucleosome core particle) à l’organisation en chromosomes dans le noyau. La NCP comprend 147 paires de bases d'ADN enroulées autour d'un octamère d'histones « du cœur ». Le nucléosome est composé de la particule de cœur, d’environ 50 paires de bases d'ADN et d’une histone supplémentaire appelée histone de liaison. Bien que la structure atomique haute résolution de la particule cœur soit connue depuis 1997, la structure du nucléosome complet a échappé aux scientifiques depuis plus de 35 ans.


Le consortium international, coordonné par Stefan Dimitrov, et composé de six équipes françaises du CNRS* ainsi que d'équipes aux États-Unis et au Japon, vient enfin de résoudre la structure atomique du nucléosome complet. Ce résultat a été rendu possible grâce à une percée dans la préparation biochimique d’échantillons hautement homogènes du nucléosome et des développements importants au cours du projet dans la cristallographie aux rayons X et la cryo-microscopie électronique. Le projet a pu également exploiter le premier microscope électronique Titan Krios installé en France à l'Institut de Génétique et de Biologie Moléculaire et Cellulaire à Illkirch.


L'étude est importante pour deux raisons. Elle montre d’une part que la présence de l'histone de liaison rend le nucléosome plus rigide et plus compact, ce qui aide la chromatine à former une fibre condensée. D’autre part, bien que la particule centrale ait une symétrie double, la structure du nucléosome complet est fortement asymétrique. En effet, l'histone de liaison contient un domaine C-terminal hautement chargé qui s'associe principalement avec un seul des deux bras d'ADN de liaison qui s'étendent à partir de la particule de noyau. Cette asymétrie influence fortement la façon dont la chromatine s'assemble dans des structures d'ordre supérieur (de la fibre chromatine jusqu’au chromosome mitotique).

 

La compréhension détaillée de l’organisation de la chromatine est essentielle pour mieux appréhender les mécanismes précis qui sous-tendent plusieurs maladies associées au repliement aberrant de la chromatine, y compris le cancer, la maladie d'Alzheimer et les maladies de Parkinson.
* Équipe de Jan Bednar/Stefan Dimitrov, Institut pour l’Avancée des Biosciences, Grenoble. Équipe de Carlo Petosa, Institut de Biologie Structurale, Grenoble. Équipe de Dimitar Anguelov, Ecole Normale Supérieure de Lyon. Équipes de Patrick Schultz et Ali Hamiche, Institut de Génétique et Biologie Moléculaire et Cellulaire, Illkirch. Équipe de Richard Lavery, Institut de Biologie et Chimie des Protéines, Lyon.

 

Image retirée.
Figure : L’histone H1 (en rouge) se lie au nucléosome en établissant le contact avec l’ADN (bleu et turquoise) en trois sites différents: les deux bras et l’ADN nucléosomal. Sa partie C-terminale s’associe seulement avec un bras d’ADN,  imposant ainsi au nucléosome une asymétrie. À gauche, schéma simplifié ; au milieu, structure par cryo-microscopie électronique superposée avec le modèle cristallographique (à droite).

© Carlo Petosa

 

 

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