Conformation, interactions et organisation des particules coeur de nucléosome

par Stéphanie Mangenot

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Françoise Livolant.

Soutenue en 2001

à Paris 11 .

mots clés

• Chromatine
• Adn
• Osmométrie

Résumé

Dans les cellules des organismes eucaryotes, l'ADN est associé à diverses protéines pour former la chromatine qui est condensée dans le volume du noyau cellulaire. L'association ADN-histones forme alors une structure périodique dont l'unité répétitive est le nucléosome, mais dont les niveaux d'organisation supérieurs sont toujours en discussion. Afin de comprendre cette organisation, nous avons étudié in vitro le comportement des particules cœur de nucléosome. Dans des conditions de concentrations (en particules et en sel monovalent), recouvrant celles du milieu cellulaire, les particules forment différentes phases ordonnées dont la nature dépend de la concentration ionique de la solution. Nous avons montré, par diffraction des rayons X, qu'à faible concentration saline les particules s'organisent en une phase lamellaire de bicouches et qu'à fort sel, elles forment une phase hexagonale ou quasi-hexagonale organisée à deux ou trois dimensions. Afin de comprendre l'origine du polymorphisme observé en phase dense, nous avons réalisé des études de diffusion des rayons X et des expériences d'osmométrie en solution diluée. Nous avons mis en évidence de très faibles changements de la conformation des particules cœur de nucléosome, et plus précisément une extension des queues des histones lorsque la concentration saline de la solution augmente de 10 à 200 mM. Cette augmentation de la concentration ionique modifie également les interactions entre particules. Nous avons montré que ces deux phénomènes (extension des queues et changement des interactions) sont couplés. Ces changements conformationnels et les variations des interactions pourraient expliquer le polymorphisme structural observé en milieu dense. Cependant, cette comparaison nécessite de prendre en compte l'évolution des concentrations ioniques en fonction de la concentration en particules, et les phénomènes d'encombrement stérique.

Titre traduit

Conformation, interactions and organisation of nucleosome core particle

Résumé

In all eucaryotic cells, DNA is associated with different proteins to form the chromatin which is condensed in cell nucleus. Its organisation is still under discussion. To adress this question, we studied in vitro the behaviour of solutions of nucleosome core particles, the structural units of chromatin. In conditions similar to those found in the cell nucleus (concentration of particles and concentration of monovalent salt), nucleosome core particles form different ordered phases which nature highly depends on the ionic conditions. Using X-ray diffraction, we showed that at low salt concentration, particles form a lamellar phase of bilayers. At high salt concentration, hexagonal or quasi-hexagonal phases, organised at two or three dimensions are observed. In order to understand the origin of the polymorphism of the dense phases, we performed small angle X-ray scattering and osmometry measurements in dilute solution. We pointed out small conformational changes in the nucleosome core particle, and more precisely an histone tails extension when the salt concentration increases from 10 to 200 mM. This increase of the salt concentration also modifes the interactions between particles. We showed that these two phenomena (tails extension and variation of interactions) are coupled. These salt-induced conformational changes and variations of interactions could explain the polymorphism of organisation in concentrated solutions. Such comparisons require to carefully analyse how the salt concentration varies when the particles concentrations is increased.