Structure des chromosomes et compactage de l'ADN

La structure des chromosomes et le compactage de l'ADN expliquent comment les longues molécules d'ADN d'un génome sont compactées, organisées et rendues accessibles à l'intérieur du noyau. Le compactage commence par l'enroulement de l'ADN autour de protéines histones pour former des nucléosomes et se poursuit par des niveaux d'organisation supérieurs, formant la chromatine et, lors de la division cellulaire, des chromosomes condensés.

Definition

Le compactage des chromosomes est l'organisation hiérarchique de l'ADN génomique avec des protéines, commençant par les nucléosomes (ADN enroulé autour d'octamères d'histones) et s'étendant aux fibres de chromatine compactes et aux chromosomes condensés, qui permettent ensemble d'intégrer un génome dans le noyau tout en régulant l'accès à l'ADN.

Scope

Cet article aborde le nucléosome en tant qu'unité répétitive de la chromatine, les protéines histones et l'octamère d'histones, les histones de liaison et le repliement d'ordre supérieur, la distinction entre les états de chromatine plus ou moins compacts, et le repliement du génome à grande échelle au sein du noyau. Il s'agit d'un sujet de référence structurel et ne fournit pas de conseils cliniques.

Key concepts

• Nucléosome (unité répétitive de la chromatine)
• Octamère d'histones (H2A, H2B, H3, H4)
• Histone de liaison H1
• Fibre de chromatine et repliement d'ordre supérieur
• Euchromatine et hétérochromatine
• Domaines d'association topologique
• Condensation des chromosomes mitotiques

Mechanisms

L'unité fondamentale de compactage est le nucléosome, dans lequel environ 147 paires de bases d'ADN s'enroulent presque deux fois autour d'un octamère central composé de deux copies de chacune des histones H2A, H2B, H3 et H4 ; cet arrangement répétitif en « perles sur un fil » a été identifié par Kornberg et visualisé par Olins et Olins. Une histone de liaison (H1) se lie là où l'ADN entre et sort du nucléosome et favorise le repliement en une fibre de chromatine plus compacte. Des niveaux successifs de repliement et de formation de boucles organisent la chromatine en domaines, et les méthodes de conformation chromosomique telles que Hi-C révèlent que les génomes en interphase sont partitionnés en domaines topologiques et compartiments auto-interagissants. Le degré de compactage varie entre la chromatine transcriptionnellement active, plus ouverte, et la chromatine condensée, généralement réprimée, et l'ensemble du génome est condensé au maximum en chromosomes discrets pendant la mitose pour permettre une ségrégation précise.

Clinical relevance

La manière dont l'ADN est compacté influence l'accessibilité des gènes et la transmission stable des génomes, et l'organisation de la chromatine est un thème majeur en médecine moléculaire et en biologie du développement. Cet article décrit la structure à titre de référence et ne constitue pas une base pour des décisions cliniques individuelles.

History

Au début des années 1970, les profils de digestion biochimique et les images de microscopie électronique ont convergé vers le modèle du nucléosome, articulé par Kornberg en 1974 et visualisé comme des unités sphéroïdes répétitives par Olins et Olins la même année. Des travaux ultérieurs ont caractérisé les histones de liaison et le repliement d'ordre supérieur, et à partir de 2009, les méthodes de capture de la conformation chromosomique ont commencé à cartographier la manière dont des génomes entiers se replient en trois dimensions.

Key figures

• Roger Kornberg
• Ada Olins
• Donald Olins
• Tom Misteli

Seminal works

• kornberg-1974
• olins-olins-1974
• lieberman-aiden-2009

Frequently asked questions

Qu'est-ce qu'un nucléosome ?

Un nucléosome est l'unité répétitive de base de la chromatine : un segment d'ADN enroulé autour d'un cœur de huit protéines histones. Des chaînes de nucléosomes se replient en fibres de chromatine plus compactes.

Pourquoi l'ADN doit-il être compacté ?

L'ADN d'une seule cellule humaine mesure environ deux mètres de long et doit tenir à l'intérieur d'un noyau microscopique ; le compactage le condense, le protège et l'organise afin que les bons gènes puissent être accessibles en cas de besoin.