Stockage et mise en place massive d’histones

Un assemblage massif des histones a lieu lors de deux événements cellulaires, la réplication et la réorganisation du génome paternel après la fécondation.

~ La réplication

La duplication des structures chromatiniennes lors de la réplication implique la présence de nombreuses chaperonnes d’histones, responsables du stockage et de l’import des histones nouvellement synthétisées, de l’enlèvement des histones avant le passage de la fourche de réplication, puis du redépôt d’histones sur le brin néo-synthétisé.

Chez les mammifères, la chaperonne ASF1 pourrait stocker les histones H3/H4 néosynthétisées. En effet, lorsque des cellules sont traitées à l’hydroxyurée, bloquant ainsi la réplication, le pool de H3/H4 soluble associé à ASF1 augmente (Groth et al., 2005). Ces complexes semblent contenir d’autres chaperonnes d’histones, telles que NASP, qui serait lui aussi impliqué dans le stockage de H3/H4.

Les histones H2A/H2B semblent elles chaperonnées par NAP1. En effet, il a été montré chez la drosophile que NAP1 était présente dans le noyau durant la phase S, tandis qu’elle se retrouve dans le cytoplasme pendant la phase G2 (Ito et al., 1996). Cette localisation différentielle au cours du cycle cellulaire semble être régulée par sa phosphorylation par la Casein Kinase II (Calvert et al., 2008; Li et al., 1999; Rodriguez et al., 2000). Chez la levure, yNAP1 permettrait l’interaction de H2A/H2B avec la karyophérine, nécessaire à leur import dans le noyau (Mosammaparast et al., 2002). Au contraire, l’export de NAP1 du noyau serait régulé par l’exportine Crm1 (Chromosome Maintenance Region 1) (Mosammaparast et al., 2002).

L’enlèvement des histones avant le passage de la fourche de réplication, puis le redépôt d’histones sur le brin néo-synthétisé fait intervenir un grand nombre de chaperonnes.

Le complexe FACT (Facilitates Chromatin Transcription) a été retrouvé au niveau des complexes présents le long de la fourche de réplication (Gambus et al., 2006). Le complexe FACT interagit directement avec l’ADN polymérase mais également avec l’hélicase MCM, facilitant

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le déroulement de l’ADN nucléosomal in vitro (Tan et al., 2006). Chaperonnant les dimères H2A/H2B, il serait essentiel pour le déplacement de ces dimères lors du passage de la fourche de réplication (Belotserkovskaya et al., 2003).

La chaperonne ASF1 a été co-purifiée en association avec l’hélicase MCM et avec les histones H3/H4 (Groth et al., 2007). De par cette association, elle permet l’enlèvement des histones H3/H4 avant le passage de la fourche de réplication, puis le redépôt de ces mêmes histones après le passage de la fourche.

La chaperonne ASF1 serait également indirectement impliquée dans l’assemblage d’histones nouvellement synthétisées sur l’ADN répliqué en coopération avec la chaperonne CAF1 (Mello et al., 2002; Sanematsu et al., 2006; Tyler et al., 1999).

Enfin, bien que NASP semble intéragir avec les histones H3.1 et H3.3 (Tagami et al., 2004), son action principale reste l’incorporation de l’histone linker H1 au sein de la chromatine (Richardson et al., 2000). Au cours du cycle cellulaire, NASP transiterait entre le noyau et le cytoplasme, permettant le transport de H1 dans le noyau et son incorporation sur l’ADN nouvellement synthétisé au cours de la phase S. Cette hypothèse est soutenue par le fait que le knock-down chez la souris ou la surexpression in vitro dans des cellules Hela de NASP inhibe la progression en phase S (Alekseev et al., 2003; Richardson et al., 2006).

~ La réorganisation du génome paternel après la fécondation

Après la fécondation, le génome paternel, organisé majoritairement en protamines (Paragraphe Introduction B. II.), doit se décompacter et réintégrer des histones. Celles-ci sont synthétisées en grande quantité à partir du génome maternel, et stockées dans l’ovocyte. Chez la Drosophile, la chaperonne HIRA lie spécifiquement les histones H3.3 (Tagami et al., 2004) et dépose ce variant au cours de la décondensation du noyau spermatique après la fécondation (Loppin et al., 2005). Chez des drosophiles HIRA-/-, le dépôt de H3.3 sur le noyau spermatique ne se fait pas, suggérant un rôle indispensable de HIRA dans l’assemblage de la chromatine paternelle (Bonnefoy et al., 2007). Il a notamment été montré l’implication de la protéine CHD1 dans l’incorporation de H3.3 chez la drosophile (Konev et al., 2007).

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Chez la souris, HIRA possède le même rôle (Torres-Padilla et al., 2006; van der Heijden et al., 2005). De plus, HIRA semble être cruciale dans le développement embryonnaire chez la souris, car le knock-down du gène chez la souris est létal au stade embryonnaire (Roberts et al., 2002).

Chez le xénope, d’autres chaperonnes ont pu être identifiées.

Au sein de la famille des nucleoplasmines/nucleophosmines, comportant trois membres chez les mammifères et les amphibiens (NPM1, NPM2, NPM3), seuls NPM2 et NPM3 semblent avoir un rôle lors de la décondensation de la chromatine dans le pronucléus mâle après la fécondation.

La chaperonne NPM2 (nucléoplasmine) a été identifié pour la première fois dans des œufs de xénopes comme un facteur d’assemblage des nucléosomes (Laskey et al., 1978). Ce fut la première chaperonne d’histone découverte. Elle lie les histones et permet l’assemblage des nucléosomes (Earnshaw et al., 1980; Laskey et al., 1978). Elle serait impliquée dans la décondensation de la chromatine dans le pronucléus mâle, en permettant l’enlèvement des protamines et leur remplacement par les histones (Ohsumi and Katagiri, 1991; Philpott et al., 1991). Ainsi, un modèle a été proposé chez le xénope (Prado et al., 2004). NPM2 interagirait avec les dimères H2A/H2B, permettant leur stockage dans les ovocytes. Après la fécondation, au contact des protamines, le complexe NPM2-H2A/H2B se dissocierait, permettant le relargage des dimères H2A/H2B. Ces derniers s’associeraient avec les tétramères (H3-H4)2

paternels présents dans le pronucléus mâle, permettant la formation de nucléosomes.

Chez la souris, NPM2 n’aurait pas tout à fait le même rôle. En effet, des souris femelles n’exprimant pas cette protéine montrent des ovocytes ainsi que les embryons anormaux, alors que la décondensation du pronucleus mâle a bien lieu après la fécondation (Burns et al., 2003). Un deuxième membre de la famille des nucleoplasmines/nucleophosmines, NPM3, serait nécessaire à la décondensation de la chromatine du pronucleus mâle après la fécondation. En effet, le blocage de la traduction de cette protéine par injection d’oligonucleotides antisens dans des ovocytes de mammifères empêche l’assemblage des histones et la décondensation du pronuclus mâle.

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En plus de la nucléoplasmine qui chaperonne les dimères H2A/H2B, les chaperonnes N1/N2 ont été retrouvées complexées à H3/H4 dans des ovocytes de xénope (Kleinschmidt et al., 1985). Ces chaperonnes et la nucléoplasmine auraient un rôle synergique lors de la réplication de l’ADN paternel: N1/N2 déposerait H3/H4 sur l’ADN pour former un complexe intermédiaire, puis la nucléoplasmine viendrait ajouter H2A/H2B pour former le nucléosome (Dilworth et al., 1987; Kleinschmidt et al., 1990).

Enfin, la chaperonne xNAP1 déposerait spécifiquement l’histone de liaison embryonnaire B4 sur la chromatine après la fécondation (Shintomi et al., 2005).