Compartimentation structurale du noyau à grande échelle

Des expériences de microscopie [32, 33] ont permis de mettre en évidence l’existence d’une structuration à grande échelle de la chromatine interphasique dans les noyaux. Outre les ni- veaux de structure d’ordre supérieur au sein de chaque chromosome, il apparaît que le noyau présente d’autres niveaux d’organisation.

Pendant le cycle cellulaire, la chromatine est plus ou moins condensée selon la région du noyau. Un noyau typique contient deux types de chromatine : l’euchromatine, qui contient presque tous les gènes quiescients ou transcrits de façon active, et l’hétérochromatine, qui n’est pas transcrite, et qui est plus condensée que l’euchromatine (fig. 1.12). L’hétérochroma-tine est environ 1000 fois plus compacte que l’ADN nu et sa structuration est impossible à observer en détail du fait de sa densité. L’euchromatine, présentant une activité transcriptionelle rela- tivement importante et étant moins compacte, apparait comme un enchevêtrement de fibres inextricables qui empêchent l’observation fine de sa structure.

On distingue deux types d’hétérochromatine. L’hétérochromatine constitutive est consti- tuée de séquences d’ADN qui ne sont jamais transcrites, quel que soit le type cellulaire, comme l’ADN satellite des centromères. L’hétérochromatine facultative est constituée de séquences d’ADN qui sont présentes dans l’hétérochromatine de certaines cellules et dans l’euchroma- tine d’autres cellules.

La chromatine interphasique de chaque chromosome se répartit majoritairement dans cer- taines zones précises du noyau. Ces zones sont appelées territoires chromosomiques (fig. 1.13b).

Architecture nucléaire Compaction de l’ADN dans le noyau cellulaire

* ii

i

FIG. 1.12 –Cliché de microscopie électronique montrant l’organisation d’un noyau eucaryote.

*nucléole,ieuchromatine,iihétérochromatine.

Ces territoires correspondent à des chromosomes interphasiques. Bien que ces masses de chro- matine soient distinctes, il semble qu’elles puissent s’interpénétrer [34, 35].

Il a été montré que l’arrangement radial des chromosomes interphasiques dans les terri- toires chromosomiques est corrélé à la séquence nucléotidique qu’ils contiennent [36, 37] et à leur densité de gènes [38]. Par exemple, dans les lymphocytes en prolifération, le chromosome 18 qui possède une chromatine pauvre en gènes, est localisé à la périphérie du noyau et inter- agit avec les lamines nucléaires (qui sont des protéines nucléaires qui forment des filaments (la lamina) entre la membrane nucléaire et la chromatine). En revanche, le chromosome 19, le plus riche en gènes, est situé près du centre du noyau et n’interagit pas avec les lamines nucléaires (fig.1.13a), en accord avec l’observation des positionnements de l’hétérochromatine et de l’eu- chromatine. Une explication récente de cette organisation des chromosomes propose que les lamines nucléaires jouent un rôle de structuration de l’hétérochromatine [39].

Compaction de l’ADN dans le noyau cellulaire Architecture nucléaire

A B

FIG. 1.13 –a) Arrangement radial des territoires chromosomiques dans le lymphocyte. Le chromosome 18, en rouge, est pauvre en gènes et il se dispose près de la périphérie du noyau (en bleu clair). A l’inverse, le chromosome 19, en vert, riche en gènes se dispose au centre du noyau.

b) Photographie montrant les territoires chromosomiques dans une cellule de poulet.

Architecture nucléaire Compaction de l’ADN dans le noyau cellulaire

Chapitre 2

Le remodelage de la chromatine

2.1 Introduction

Le positionnement des histones le long de l’ADN et l’accessibilité de l’ADN autour des histones sont les acteurs principaux de la régulation de l’expression génétique des eucaryotes.

En effet, des expériences de dépositionin vitrodes histones sur de l’ADN nu ont montré que la déposition est suivie par une baisse de l’activité transcriptionelle des gènes [40, 41]. Les nucléosomes, la plupart du temps, bloquent l’accrochage de plusieurs facteurs de transcription en masquant leur sites de reconnaissance sur l’ADN.

Généralement, les facteurs de transcription peuvent retrouver la capacité de s’accrocher sur l’ADN grâce au fait que les nucléosomes peuvent glisser le long de la molécule d’ADN de façon spontanée. Par un mécanisme inverse, la cellule peut réguler l’accès des protéines qui doivent interagir avec des sites spécifiques sur l’ADN, en bloquant les nucléosomes sur ces sites en utilisant l’histone de liaison (H1) [42].

La distribution des nucléosomes ou sein de la chromatine n’est ni uniforme ni statique. La structure de la chromatine est très dynamique, d’une part parce que les nucléosomes sont mo- biles du fait des fluctuations thermiques, d’autre part parce que les nucléosomes peuvent être modifiés par l’addition de groupements chimiques, qui modifient les propriétés structurelles de la chromatine qui les contient.

Les enzymes qui remodèlent la chromatine en altérant sa structure, sa fluidité et son as- semblage, fournissent une solution aux problèmes d’accessibilité associés à la compaction de l’ADN par les histones.

Ces enzymes sont généralement regroupées en deux classes distinctes [43]. La première classe est constituée par les enzymes qui changent et modulent les propriétés de la chromatine par l’introduction de modifications covalentes des histones nucléosomaux ou de l’ADN dans la chromatine (comme par exemple l’acétylation, la phosphorylation ou la méthylation) [44, 45, 46]. La deuxième classe (de ces enzymes) utilise l’énergie d’hydrolyse de l’ATP pour altérer localement la structure chromatinienne de façon mécanique.

Au cours de ce chapitre, je parlerai de toutes les modifications que les nucléosomes peuvent subir. Ensuite, j’entrerai plus en détail dans la description des facteurs de remodelage de la chromatine ATP-dépendants, qui ont constitué le sujet de cette thèse.

Les modifications covalentes des histones Le remodelage de la chromatine

NH2-ARTKQTARKSTGGKAPRKQLATKAARKSAPATGGVKKPHR-

-KKTESHHKAKGK-COOH

ubiquitinylation

AC-SGRGKGGKGLGKGGAKRHRKVLRD-

NH2-PEPSKSAPAPKKGSKKAITKAQKKDGKKRKRSRK- NH2-SGRGKQGGKARAKAK-

-SK-COOH

methylation phosphorylation acetylation

FIG. 2.1 –Représentation schématique des queues des histones et de certains types de modifi- cations post-traductionnèlles qu’elles peuvent subir.Les sites des modifications sont indiqués.