Organisation du matériel génétique de la cellule

 * Chaque cellule de notre organisme comporte :

Une membrane externe  qui délimite la cellule et contient le cytoplasme;
Un noyau  qui correspond à un compartiement délimité par une membrane nucléaire qui contient toute l'information génétique sous forme d'ADN (l'Acide Désoxyribonucléique).

Fig.12 : schéma simplifié d’une cellule

* Dans le noyau, l’ADN* est très fortement compacté

Si nous pouvions le dérouler complètement, nous obtiendrons un fragment de près de 2 mètres de long…Pour avoir un idée de comparaison, c’est comme si on vous demandait d’introduire un fil de 20 km de long dans une balle de tennis

* Cette compaction est possible suite à l’enroulement de l’ADN* autour de complexes protéiques appelés nucléosomes et constitués d’histones (15)

De plus, l’ensemble des nucléosomes se présente comme un chapelet, la chromatine, qui elle même s’enroule très fortement pour former le chromosome.

Fig. 13 : de l’ADN* au chromosome
Source : adapté de http://www.uccs.edu/~rmelamed/MicroFall2002/Chapter%207/Chromosome%20Structure.html(SI.16)

* Qu’est ce que la transcription ?

Sur les différents fragments d’ADN* se trouvent tous les gènes nécessaires à la synthèse des protéines indispensables au bon fonctionnement de la cellule.
Le transfert d’information entre l’ADN* et la protéine passe par une étape qui s’appelle transcription qui va permettre la production d’un intermédiaire que l’on appelle l’ARN messager*.
Concrètement, la double hélice de l’ADN va s’ouvrir pour permettre à des facteurs cellulaires présents dans le noyau de venir se fixer pour initier la synthèse d’un ARN messager* complémentaire.
Cet ARN quittera le noyau de la cellule, se retrouvera dans le cytoplasme où il sera lu et décodé afin de synthétiser la protéine correspondant au gène en assemblant un à un les éléments de bases que sont les acides aminés. Celle-ci pourra par la suite aller remplir sa fonction. On a donc bien transfert de l’information contenue au niveau de l’ADN* sans que celui-ci ne quitte le noyau de la cellule. (pour plus d’informations sur la transcription d’ADN,  voir le site :http://www.snv.jussieu.fr/vie/dossiers/ADN_Prot/ADN_ARN/ADN_ARN2.html ).

* L’état de compaction de la chromatine et les nucléosomes influencent la transcription.

De manière générale, en absence de transcription, la chromatine se trouve dans un état de forte condensation (= chromatine fermée) alors que si un gène est transcrit, cela signifie que la chromatine est moins condensée (= chromatine ouverte) (12).
De plus, la présence de nucléosomes au niveau d’un gène peut contrarier sa transcription et donc inhiber la synthèse de la protéine encodée par le gène. En fait, les nucléosomes gênent  les différents activateurs de la transcription qui doivent d’accéder à l’ADN* et donc ceux-ci ne peuvent exercer leur rôle.

* Que se passe-t-il réellement au niveau du nucléosome ?

Le nucléosome est donc constitué d’histones autour desquelles s’enroule l’ADN*.

Fig.14 : structure d’un nucléosome
Source : adapté de Biochemistry , D. Voet et J. Voet, 1995 (13).

Ces histones ont des queues qui flottent à l’extérieur de la structure.
On y retrouve des charges positives au niveau de certains constituants.
L’ADN* étant globalement chargé négativement, il y a donc une interaction forte entre le nucléosome et l’ADN* (comparable à celle existant entre les deux pôles d’un aimant) (14).

Cependant, les charges positives peuvent être neutralisées par l’action  d’une famille d’enzymes* appelée
histone-acétyltransférases (HATs). Il s’agit d’une réaction appelée acétylation*.
Au sein de la cellule, il existe également une autre famille d’enzymes*, appelée histone désacétylases (HDACs), qui joue le rôle inverse : elles rendent ainsi la charge positive au nucléosome. Cette réaction s’appelle désacétylation*.
On observe donc au sein de nos cellules une compétition entre ces deux familles d’enzymes*. Un équilibre contrôlé entre l’acétylation* et la désacétylation* semble être essentiel à la croissance cellulaire normale. Un déséquilibre dans l’expression des HATs ou des HDACs est observé dans de nombreux cancers (42).

* Quelle est l’influence de ces réactions d’acétylation* et de désacétylation* ?

En général, on peut dire qu' :

• En cas d’acétylation*, la charge positive disparaît, le nucléosome est moins bien lié à l’ADN* --> la chromatine est « ouverte » et accessible aux activateurs de la transcription. La transcription démarre.
• En cas de désacétylation*, la charge positive réapparaît, l’affinité entre l’ADN et le nucléososme est maximale --> la chromatine reprend une structure fermée et n’est plus accessible aux facteurs cellulaires qui dirigent la transcription. On observe donc l’arrêt de la transcription.

Fig.15 : Action des HATs et HDACs et influence sur la transcription

D’autre part, des interactions entre l’ADN* et certains facteurs cellulaires sont possibles en fonction de la présence ou de l’absence de la charge positive au niveau du nucléosome (14 et 15).

* Comment influencer les réactions d’acétylation* et de désacétylation* ?

Vu le rôle important joué par ces réactions au sein de notre organisme, et l’influence de celles-ci dans le développement de beaucoup de cancers, diverses molécules, appelées inhibiteurs de HDACs (HDACis), ont été développées.
Elles sont très intéressantes car elles ont la capacité d’inhiber les histone désacétylases.
En présence de ces molécules, les histone désacétylases ne peuvent remplir leur fonction, la charge positive reste neutralisée, l’ADN reste accessible plus longtemps et la transcription peut avoir lieu de manière continue (42).

Fig.16 : Action des inhibiteurs de HDACs et influence sur la transcription