Dynamique du nucléosome et transitions conformationnelles

par Mohamed Alilat

Thèse de doctorat en Génie Enzymatique, Bioconversion et Microbiologie

Sous la direction de Ariel Prunell.

Soutenue en 1998

à Compiègne .


  • Résumé

    Depuis quelques années, il est apparu que la chromatine ne compacte pas seulement l'ADN dans le noyau de la cellule eucaryote, mais joue également un rôle actif dans la régulation des processus biologiques qui l'impliquent, tels que la réplication et la transcription, La chromatine doit donc être dynamique, non seulement au niveau de sa superstructure, mais aussi au niveau de son unité répétitive, le nucléosome. La dynamique du nucléosome, l'objet de cette thèse, a été étudiée à deux niveaux: celui du nucléosome proprement dit, qui renferme l'octamère d'histones (H2A-H2B-H3-H4)2, et celui de la sous-particule constituée du tétramère (H3-H4)2, que nous avons baptisée "tétrasome". Pour ce faire, nous avons fait appel à une approche topologique développée depuis plusieurs années dans le laboratoire, qui fait appel à une reconstitution des particules sur des minicercles d'ADN. Ces minicercles. En formant uniquement des particules monomériques, permettent de s'abstraire des problèmes d'interaction qui se posent dans un minichromosome reconstitué sur un ADN de type plasmide, par exemple. Au niveau des nucléosomes, nous avons affiné l'approche initiale en faisant varier la taille des minicercles de manière systématique dans un intervalle égal à une fois et demi la période de la double hélice (351 à 366 ph). Ceci, joint à une modélisation thermodynamique des résultats du relâchement avec la topoisomérase, nous a permis d'accéder pour la première fois à la dynamique des particules. Nous avons ainsi pu mettre en évidence une fluctuation du nucléosome entre trois conformations distinctes: deux conformations fermées extrêmes avec 1. 75 tour d'ADN enroulé et des ADN entrant et sortant croisés négativement et positivement, et une conformation intermédiaire ouverte avec moins de 1. 5 tour d'ADN enroulé et des ADN entrant et sortant non croisés. De plus, nous avons observé que l'acétylation des queues N-terminales des histones modifie cette dynamique en favorisant la conformation ouverte. Ainsi cette étude apporte une base structurale solide à la corrélation existant entre l'acétylation et la transcription. Elle jette aussi une lumière nouvelle sur un vieux problème non résolu, celui du "paradoxe du nombre d'enlacements" de l'ADN dans la chromatine, en montrant son lien inattendu avec la dynamique de la chromatine. Le tétrasome, lui, est apparu comme une particule dotée d'une flexibilité conformationnelle. Ainsi, alors que le tétramère au sein de l'octamère forme une rampe hélicoïdale gauche, avec l'ADN enroulé dans le même sens, le départ des deux dimères H2A-H2B situés de part et d'autre, suivi du déroulement concomitant de l'ADN à moins d'un tour autour du tétramère, donne au tétrasome ainsi formé une flexibilité chirale. Cette flexibilité lui permet, sous l'influence d'une contrainte de torsion positive sur l'ADN, même minime, de passer de la forme gauche préférentielle à une forme droite, par simple rotation d'un tour complet de la boucle autour de son axe de symétrie binaire. Ceci change le sens du croisement des ADN entrant et sortant de gauche à droite, et s'accompagne au niveau de la protéine d'une rotation d'environ 30° des deux dimères H3-H4 constitutifs du tétramère autour de leur interface. H3/H3. De plus, l'introduction d'un encombrement stérique sur l'interface H3/H3 (par oxydation des cystéines 110 des H3 avec un réactif particulier des thiols, le DTNB) s'est révélée changer la conformation préférentielle du tétrasome, qui devient droite. Cette dernière observation a permis non seulement d'apporter une preuve directe au modèle de la transition, mais de montrer que le positionnement du tétrasome sur l'ADN dépendait (le sa chiralité. Cette dépendance apparaît résulter de la nécessité pour le tétrasome de minimiser l'énergie de la torsion de l'ADN au niveau de son axe de symétrie binaire, qui se produit nécessairement lors de la transition de gauche à droite. L'observation la plus intéressante, cependant, est que l'incorporation ultérieure des dimères H2A-H2B dans des tétrasomes sous diverses conformations, bien que ramenant ces conformations à gauche, conduit à des nucléosomes positionnés de manière très différente. Un tel rôle de la transition dans le repositionnement des nucléosomes suggère que celle-ci pourrait être exploitée par les activités de remodelage de la chromatine in vint), qui sont le prélude à l'activation transcriptionnelle, et dont la fonction principale semble être de ménager l'accès des facteurs de transcription à leur séquences cibles.

  • Titre traduit

    Nucleosome dynamics and conformational transition


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Informations

  • Détails : 1 vol. (195 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. 309 réf.

Où se trouve cette thèse\u00a0?

  • Bibliothèque : Université de Technologie de Compiègne. Service Commun de la Documentation.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 1998 ALI 1163
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