Histone
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Les histones sont des protéines basiques en contact étroit avec l'ADN. À ce jour, cinq histones sont décrites :
- les histones H2A, H2B, H3 et H4 forment un octamère globulaire (de structure 2x(H2A,H2B,H3,H4)) qui permet l'enroulement de 146 paires de bases d'ADN en un tour trois quart afin de former un nucléosome ;
- l'histone H1 permet quant à elle la compaction des nucléosomes et rigidifie la structure hélicoïdale ainsi obtenue.
Il y a environ deux cents paires de bases entre deux nucléosomes, cette valeur variant selon les espèces (par exemple, on en compte cent soixante cinq pour la levure). Le niveau suivant de compaction de l'ADN fait intervenir d'autres protéines dites « non histones. »
Le degré de condensation de l'ADN autour des nucléosomes d'histones et des protéines non histone est variable le long des chromosomes. Il est faible dans l'euchromatine que l'on dit « ouverte » et accessible à la machinerie des ARN polymérases. Il est élevé dans l'hétérochromatine, que l'on dit « fermée » et « inaccessible » à la machinerie de transcription.
Ce degré de condensation est regulé par des modification des extrémités N-terminales des histones, comme des phosphorylations, acétylations, méthylations, ubiquitinations, sumoylations, etc. l'ensemble de ces modifications étant catalysées par des enzymes spécifiques. Les modifications covalentes des histones agiraient soit directement en modifiant la compaction de l'enroulement d'ADN autour des nucléosomes, soit indirectement en constituant des « marques » permettant le recrutement de protéines capables de modifier la structure de la chromatine. Le modèle des modifications covalentes des histones agissant comme un code (le « code des histones ») a été proposé par Strahl et Allis en 2000 dans la revue Nature. On peut cependant noter que ce code est, semble-t-il, loin d'être universel, mais plutôt relativement spécifique selon les gènes et les cellules considérés.
Dans les spermatozoïdes, les histones sont remplacées par des protamines, protéines riches en arginine et en cystéine. La richesse en cystéine permet la formation de pont disulfure. Cette structure protège l'ADN lors d'éventuels déplacements liés à la fécondation.
Le code des Histones
Le code des histones établit un lien direct entre la modification de certains résidus de la queue des histones qui créé des liaisons pour des effecteurs protéiques et l’état transcriptionnel de la chromatine. Une modification d’histone peut en influencer une autre de manière synergique ou antagoniste ; c’est un mécanisme qui génère et stabilise des empreintes spécifiques. L’acétylation (ajout de groupement acétyl) s’effectue sur les résidus lysine par des enzymes nommées histones acétyl transférases (HAT). Elle diminue l’interaction inter-nucléosomes et entre les queues des histones et le fragment d’ADN qui fait le lien entre les nucléosomes, ce qui entraîne le relachement de la chromatine et permet ainsi une meilleure accessibilité aux autres facteurs. L’acétylation est associée à une activation de la transcription et est facilement réversible grâce à l’action des histones désacétylases (HDAC).
La méthylation, quant à elle, peut s’effectuer soit sur des lysines soit sur des arginines. C’est une modification stable et jusqu’alors très peu d’histones déméthylases ont été découvertes. Selon les résidus méthylés elle est associée à une activation ou une répression de la transcription.
De manière générale, ces deux types de modifications sont antagonistes, et la désacétylation des lysines doit précéder leur méthylation. Ces modifications jouent le rôle de « marques » épigénétiques qui entraînent le recrutement de différentes classes de protéines, puisque les lysines acétylées ou méthylées sont reconnues par des domaines protéiques différents. De plus, le recrutement de certains facteurs au niveau de la chromatine nécessite l’existence préalable de modifications d’histones et de protéines déjà liées. Le code des histones est donc interprété dans le contexte d’autres facteurs associés à la chromatine et c’est la combinaison d’interaction entre les histones modifiées et d’autres facteurs qui détermine si une protéine est recrutée à la chromatine.
