a. Les modifications post-traductionnelles
Chaque histone présente une queue N-terminale de 20 à 35 résidus riches en acides aminés basiques et qui s’étend vers la surface du nucléosome. Ces queues chargées positivement sont connues pour participer à la compaction de la chromatine en interagissant avec l’ADN chargé négativement et avec le cœur des histones du nucléosome. Ces queues N- terminales peuvent présenter diverses modifications covalentes post-traductionnelles réversibles telles que la méthylation de l’arginine, la méthylation, l’acétylation,
Asf1
CCG1 (Homo sapiens) Bdf1 (S. cerevisiae)
Rad53(S. cerevisiae)
Hir1p (S. cerevisiae) HIRA(Homo sapiens)
Tlk (Homo sapiens) CAF-I P105 (drosophila, Homo sapiens) CAC2 (S. cerevisiae) (S. cerevisiae) TFIID Brahma complex BRM (Drosophila) RCAF (H3/H4)2 (Drosophila, Homo sapiens) SAS complex Transcription Assemblage et remodelage de la chromatine
Contrôle du cycle cellulaire et réparation de l’ADN
l’ubiquitinylation et la sumoylation de la lysine, et la phosphorylation de la sérine et de la thréonine. Longtemps, il a été suggéré que ces modifications altéraient la structure de la chromatine en influençant les contacts ADN–histone et histone–histone. Par exemple des acétylations et phosphorylations neutralisent les charges positives de la queue N-terminale facilitant ainsi le remodelage de la chromatine [274, 275]. Cependant, la complexité et la grande diversité des phénomènes biologiques qui sont associés à différentes combinaisons de modifications covalentes suggèrent l’existence d’un « code histone », lu par des protéines spécifiques qui le traduisent en un événement particulier [276, 277]. Ce code est complexe car par exemple un même résidu peut être méthylé jusqu’à 3 fois et une modification préexistante peut affecter les modifications suivantes. Ces modifications affectent par exemple la liaison de facteurs de transcription sur l’ADN ou provoquent des changements de structure de la chromatine à l’échelle du génome. Beaucoup de modifications sont observées sur les queues N-terminales, mais de plus en plus de modifications sont détectées sur les domaines centraux des histones du nucléosome. Il est à noter qu’une seule substitution sur un de ces résidus modifiables peut entraîner des effets beaucoup plus dramatiques (que lors d’une mutation sur la queue N-terminale) sur la transcription, la réparation des dommages de l’ADN, la structure de la chromatine, l’assemblage de la chromatine et le « silencing » des gènes de l’hétérochromatine [278].
L’histone H3 est notamment le siège de modifications post-traductionnelles sur la queue N-terminale et sur le cœur de la protéine (Figure III-10).
Figure III-10 Sites potentiels (liste non exhaustive) des modifications post-traductionnelles observées sur l’histone H3. Me, méthylation ; Ac, acétylation ; P, phosphorylation [279]
Ces modifications sur H3 vont notamment avoir des rôles variés comme la déposition de l’histone sur l’ADN, le « silencing », l’activation, l’élongation ou la répression de la transcription, la réparation de l’ADN, la réplication de l’ADN ou encore l’inactivation du chromosome X [279]. Par exemple, l’état de méthylation de la lysine 4 (K4Me) de l’histone H3 va activer ou non la transcription. Une diméthylation peut être retrouvée à la fois sur un gène inactif et actif, alors que la triméthylation est un marqueur spécifique de gène
transcriptionnellement actif [280]. K4Me peut aussi être impliquée dans le phénomène de silencing de l’ADNr [281].
Un autre exemple de modification, cette fois ci sur le cœur de l’histone H3, est l’acétylation de la lysine 56 (K56Ac) qui intervient notamment lors de la phase S de la mitose, de la réparation des dommages de l’ADN et de la phase S préméiotique chez la levure S. cerevisiae. La protéine Asf1 est nécessaire pour permettre cette acétylation et semble avoir un rôle dans la présentation de K56Ac de l’histone H3 aux acétyltransférases (HAT) [261]. Ce cycle de régulation par les phénomènes d’acétylation et de désacétylation de K56 a un impact important sur la capacité des cellules à survivre suite à l’arrêt de la fourche de réplication causée par une lésion de l’ADN [262, 282].
De nombreuses autres modifications engendrant divers effets biologiques existent [278, 279, 283].
b. Les variants d’histones
Il existe aussi différents variants d’histones (à l’exception actuellement de H4), qui, à l’instar des modifications post-traductionnelles, sont associés à divers phénomènes biologiques tels que l’activation de la transcription, le « silencing » de gène, la formation de centromère et les dommages à l’ADN. Généralement, ces variants sont associés à une protéine chaperon spécifique qui les dépose sur l’ADN, pour réaliser une fonction unique et sont localisés dans une zone donnée de l’ADN [284].
Chez les mammifères, l’histone H3 possède 5 variants connus à ce jour dont la séquence peut être différente sur la queue N-terminale (CENP-A) ou différer de seulement quelques résidus (H3.1, H3.2, H3.3 et H3.1t) (Figure III-11).
Par exemple, les centromères de mammifères contiennent un variant d’histone H3 appelé CENP-A qui est essentiel à la fois dans la fonction et l’assemblage du centromère. Il présente une queue N-terminale où il n’y a pas les sites de phosphorylation et d’acétylation typiquement observés sur l’histone H3 normale. Les CENP-A ne sont donc pas présents dans les régions transcriptionnellement actives. Ainsi, ce variant CENP-A aide à maintenir une structure chromatinienne condensée et inactive au niveau du centromère [279]. Le variant H3.1 est quant à lui spécifiquement déposé par CAF-I et Asf1 lors de la réplication de l’ADN, alors que H3.3 est déposé indépendamment de la réplication par Hir et Asf1 [247].
Ainsi, les variants d’histones et les modifications post-traductionnelles jouent des rôles essentiels dans la régulation et le contrôle de processus liés à l’ADN dans le noyau. Ces modifications vont être reconnues spécifiquement par des enzymes ou protéines qui vont moduler l’état de condensation de la chromatine. Ces variants et ces modifications permettent le déroulement correct de phénomènes importants tels que la réplication, la transcription, le « silencing » et la réparation de l’ADN. L’une des interactions privilégiées implique la protéine Asf1 et le dimère H3/H4 dont la structure a été résolue récemment.