Chromatine et régulation épigénétique

Comment l'ADN, empaqueté avec des histones en chromatine, et les marques chimiques qui y sont apposées, contrôlent l'accessibilité des gènes et transmettent les états régulateurs aux cellules filles.

Definition

La chromatine est le complexe d'ADN avec des protéines histones et non-histones qui empaquette le génome ; la régulation épigénétique est le contrôle de l'activité génique par des modifications de la chromatine et la méthylation de l'ADN qui peuvent être propagées par division cellulaire sans altérer la séquence d'ADN.

Scope

Ce sujet couvre la structure de la chromatine et son rôle dans la régulation : les nucléosomes et l'empaquetage d'ordre supérieur, les modifications et variants d'histones, le remodelage de la chromatine, la méthylation de l'ADN et le concept d'hérédité épigénétique. Il aborde la manière dont l'état de la chromatine régule l'expression des gènes ; les facteurs spécifiques à la séquence qui recrutent ces activités sont traités dans le cadre du contrôle transcriptionnel eucaryote.

Core questions

• Comment l'ADN est-il empaqueté en nucléosomes et en chromatine d'ordre supérieur ?
• Comment les modifications et les variants d'histones influencent-ils l'expression génique ?
• Quel est le rôle de la méthylation de l'ADN et comment est-elle maintenue ?
• Qu'est-ce qui rend un état régulateur héréditaire sur le plan épigénétique ?

Key theories

Le nucléosome comme unité régulatrice du génome

L'ADN est enroulé autour d'octamères d'histones pour former des nucléosomes, et le positionnement ainsi que la modification de ces nucléosomes déterminent l'accessibilité de l'ADN sous-jacent à la machinerie de transcription.

États de chromatine héréditaires

Les motifs de modification des histones et de méthylation de l'ADN peuvent être copiés pendant la réplication, permettant à une cellule de transmettre un état d'expression génique actif ou silencieux à ses descendants sans altérer la séquence d'ADN.

Mechanisms

L'ADN s'enroule autour d'octamères d'histones pour former des nucléosomes, qui se replient en fibres plus compactes. Des enzymes ajoutent ou retirent des marques chimiques sur les queues d'histones, et des enzymes de remodelage ATP-dépendantes (ATP-dependent remodellers) déplacent ou évincent les nucléosomes, rendant ainsi l'ADN local plus ou moins accessible. Les ADN méthyltransférases ajoutent des groupes méthyle aux cytosines, souvent associées à la répression génique, et la méthylation d'entretien copie ces marques après la réplication. Les protéines lectrices reconnaissent des marques spécifiques et recrutent d'autres activités, de sorte que des combinaisons de modifications définissent une chromatine active, en attente ou silencieuse qui peut persister au-delà des divisions.

Clinical relevance

La méthylation aberrante de l'ADN et les modifications des histones sont des caractéristiques des cancers et des troubles de l'empreinte génomique, et les enzymes modifiant la chromatine sont des cibles des thérapies épigénétiques ; présenté comme une signification, non comme une directive clinique.

History

Le modèle du nucléosome est apparu dans les années 1970, et la découverte ultérieure des enzymes modifiant les histones, des facteurs de remodelage de la chromatine et du rôle régulateur de la méthylation de l'ADN a établi le contrôle épigénétique comme une couche majeure de la régulation génique dans la biologie moléculaire actuelle.

Key figures

• Roger Kornberg
• C. David Allis

Seminal works

• alberts2014
• watson2013

Frequently asked questions

Que signifie le terme « épigénétique » ?

Il fait référence à des changements héréditaires dans l'activité génique causés par des marques de chromatine ou la méthylation de l'ADN, plutôt que par des modifications de la séquence d'ADN elle-même.

Comment la chromatine affecte-t-elle l'expression d'un gène ?

Une chromatine fortement compactée ou marquée de manière répressive maintient l'ADN inaccessible et les gènes inactifs, tandis qu'une chromatine ouverte et activatrice permet à la machinerie de transcription d'atteindre et d'exprimer le gène.