Régulation de l'expression génique et état de la chromatine

Chaque cellule contient les mêmes gènes, mais n'en exprime qu'un sous-ensemble. La régulation de l'expression génique — le contrôle de la transcription de chaque gène, de son moment et de son niveau — est ce qui différencie les cellules les unes des autres. Une couche centrale de ce contrôle est l'état de la chromatine : la manière dont l'ADN est étroitement empaqueté avec les histones détermine si un gène est accessible à la machinerie de transcription.

Definition

La régulation de l'expression génique est l'ensemble des processus qui contrôlent la production de l'ARN et des protéines d'un gène ; l'état de la chromatine est le statut d'empaquetage et de modification de l'ADN et des histones qui rend un gène plus ou moins accessible et régule ainsi sa transcription.

Scope

Ce sujet couvre la régulation de l'expression génique en mettant l'accent sur l'état de la chromatine — l'empaquetage des nucléosomes, les modifications des histones et l'accessibilité — ainsi que sur les facteurs de transcription qui y agissent. Il s'agit d'un matériel de référence et éducatif qui décrit la dérégulation dans les maladies uniquement en termes généraux, et non comme une orientation clinique.

Core questions

• Qu'est-ce qui détermine si un gène est transcrit dans une cellule donnée ?
• Comment l'empaquetage de la chromatine ouvre ou ferme-t-il les gènes à l'expression ?
• Quels rôles jouent les modifications des histones et l'accessibilité de l'ADN ?
• Comment l'expression génique est-elle mesurée à travers le génome ?

Key concepts

• Régulation transcriptionnelle
• Chromatine et nucléosomes
• Modifications des histones
• Chromatine ouverte versus fermée (accessibilité)
• Euchromatine et hétérochromatine
• Facteurs de transcription et coactivateurs
• État épigénétique
• Mesure du transcriptome (RNA-Seq)

Mechanisms

L'ADN est enroulé autour des histones pour former des nucléosomes, et la chromatine résultante peut être compacte et répressive (hétérochromatine) ou ouverte et permissive (euchromatine). Les complexes de modification de la chromatine ajoutent ou suppriment des marques histones et repositionnent les nucléosomes, modifiant ainsi l'accessibilité de sorte que les facteurs de transcription et l'ARN polymérase puissent ou non interagir avec les éléments régulateurs d'un gène. La combinaison d'un état de chromatine accessible et des facteurs liés appropriés permet la transcription ; ensemble, ces couches déterminent le profil d'expression génique spécifique au type cellulaire, qui peut être analysé à l'échelle du génome par séquençage du transcriptome.

Clinical relevance

Étant donné que l'état de la chromatine et le contrôle transcriptionnel déterminent quels gènes sont actifs, leur perturbation — par des régulateurs de la chromatine ou une signalisation altérés — peut modifier les programmes d'expression dans les maladies, et le profilage de l'expression est largement utilisé pour caractériser les tissus et les tumeurs. Ce sujet fournit ce cadre conceptuel à des fins de référence et d'éducation et ne constitue pas une base pour un diagnostic ou un traitement individuel.

Evidence & guidelines

La base chromatinienne du contrôle transcriptionnel est établie en biologie moléculaire mécanistique, tandis que les cartes à l'échelle du génome de la chromatine accessible et des marques histones issues de projets tels qu'ENCODE fournissent l'annotation de référence de l'état régulateur ; le RNA-Seq constitue la méthode standard pour quantifier l'expression produite par ces états.

History

La reconnaissance que la chromatine n'est pas un empaquetage inerte mais un régulateur actif de la transcription s'est développée grâce aux travaux sur la structure des nucléosomes et la modification des histones à la fin du XXe siècle. La cartographie à l'échelle du génome des caractéristiques de la chromatine et de la transcription, rendue possible par les technologies de séquençage dans les années 2000, a ensuite transformé la régulation génique en un domaine à l'échelle du génome et axé sur les données.

Key figures

• Jerry Workman
• Michael Snyder
• Mark Gerstein

Seminal works

• li-2007
• encode-2012
• wang-2009

Frequently asked questions

Si toutes les cellules ont les mêmes gènes, pourquoi sont-elles différentes ?

Parce qu'elles régulent l'expression génique différemment : l'état de la chromatine et les facteurs de transcription activent ou désactivent des ensembles distincts de gènes dans chaque type cellulaire, produisant ainsi les différences entre, par exemple, un neurone et une cellule hépatique.

Que signifie « état de la chromatine » pour un gène ?

Il décrit la manière dont l'ADN du gène est empaqueté et marqué. Une chromatine ouverte et permissive permet à la machinerie de transcription d'atteindre le gène, tandis qu'une chromatine compacte et répressive le maintient silencieux.