Chromatine et hérédité épigénétique

Des marques chimiques sur l'ADN et sur les protéines histones qui l'empaquettent déterminent si un gène est accessible ou silencieux. Ces marques pouvant être copiées lors de la division cellulaire, elles permettent la transmission des états d'expression sans modifier la séquence d'ADN.

Definition

L'hérédité épigénétique basée sur la chromatine est la transmission des états d'expression génique par la méthylation de l'ADN et les modifications des histones qui altèrent l'accessibilité de la chromatine et sont copiées lors de la division cellulaire, sans aucune modification de la séquence d'ADN.

Scope

Ce sujet aborde la méthylation de l'ADN et son rôle dans le silençage stable, la modification covalente des queues d'histones et la chromatine ouverte ou fermée qui en résulte, le remodelage de la chromatine dépendant de l'ATP, la propagation des états de chromatine par la réplication de l'ADN, et le concept d'hérédité épigénétique à travers les générations cellulaires et organismales. Il traite de la régulation héréditaire basée sur la chromatine ; le contrôle séquence-spécifique et médié par l'ARN est couvert dans les sujets adjacents.

Core questions

• Comment la méthylation de l'ADN silencie-t-elle les gènes et reste-t-elle stable à travers la réplication ?
• Comment les modifications des histones ouvrent-elles ou ferment-elles la chromatine pour contrôler l'accès aux gènes ?
• Comment les complexes de remodelage de la chromatine repositionnent-ils les nucléosomes ?
• Comment les états de chromatine sont-ils copiés afin que les profils d'expression génique soient hérités ?

Key concepts

• Méthylation de l'ADN et silençage génique
• Modifications des histones et code des histones
• Euchromatine ouverte versus hétérochromatine fermée
• Remodelage de la chromatine dépendant de l'ATP
• Hérédité des états de chromatine

Mechanisms

Les groupes méthyle ajoutés aux cytosines et diverses marques chimiques sur les queues d'histones recrutent des protéines qui compactent la chromatine en hétérochromatine silencieuse ou la maintiennent ouverte et active ; les complexes de remodelage font glisser ou évictent les nucléosomes pour exposer les séquences régulatrices, et les enzymes de maintenance rétablissent la méthylation et les marques d'histones sur l'ADN nouvellement répliqué afin que l'état persiste dans les cellules filles.

Clinical relevance

La méthylation aberrante de l'ADN et les modifications des histones sont des caractéristiques du cancer et de plusieurs syndromes développementaux ; les marques épigénétiques servent de biomarqueurs, et les médicaments ciblant la méthylation et les enzymes modifiant les histones sont utilisés en oncologie ; le domaine est présenté ici à des fins de compréhension plutôt que de guidance clinique.

History

Waddington a introduit le terme épigénétique dans les années 1940 pour décrire comment le génotype donne naissance au phénotype ; l'ère moléculaire a commencé avec la reconnaissance de la méthylation de l'ADN comme marque de silençage et s'est accélérée avec la découverte des enzymes modifiant les histones vers 2000, établissant la chromatine comme une couche de régulation héréditaire.

Debates

Hérédité épigénétique transgénérationnelle chez les mammifères

La question de savoir si les marques épigénétiques peuvent être transmises à travers les générations chez les mammifères pour affecter les phénotypes de la descendance reste controversée, car la plupart des marques sont réinitialisées dans la lignée germinale et les preuves claires chez l'homme sont limitées, même si une telle hérédité est bien documentée chez les plantes et certains animaux.

Key figures

• Conrad Waddington
• C. David Allis
• Adrian Bird

Seminal works

• allis2007

Frequently asked questions

Comment l'expression génique peut-elle être héritée sans modifier l'ADN ?

Des marques telles que la méthylation de l'ADN et les modifications des histones se situent au-dessus de l'ADN et de ses protéines d'empaquetage ; des enzymes spécialisées copient ces marques sur le nouvel ADN après la réplication, de sorte que les cellules filles héritent du même état activé ou désactivé de chaque gène.

Quelle est la différence entre l'euchromatine et l'hétérochromatine ?

L'euchromatine est lâchement empaquetée et généralement accessible à la machinerie de transcription, de sorte que ses gènes peuvent être exprimés, tandis que l'hétérochromatine est densément empaquetée et typiquement silencieuse ; les marques épigénétiques aident à déterminer quelles régions adoptent quel état.