Les nucléosomes sont les unités de base de la compaction de la chromatine. Chaque nucléosome est constitué d'ADN étroitement lié autour d'un noyau d'histone, ce qui le rend inaccessible aux protéines de liaison à l'ADN telles que l'ADN polymérase et l'ARN polymérase. Par conséquent, le problème fondamental est de garantir l'accès à l'ADN le cas échéant, malgré la structure compacte et protectrice de la chromatine.

Complexe de remodelage nucléosomique

Les cellules eucaryotes possèdent des enzymes spécialisées appelées enzymes de remodelage des nucléosomes ATP-dépendantes. Ces enzymes se lient à la fois aux histones et à l'ADN de la plaie et peuvent faciliter le glissement des nucléosomes - un processus dans lequel l'ADN est poussé par rapport au noyau des histones, ou le remplacement partiel ou complet du noyau des histones, modifiant la composition des nucléosomes et affectant indirectement le repliement de la chromatine. L'un des complexes de remodelage les plus connus est Swi/Snf, identifié à l'origine dans la levure.

Mécanisme d'action

Deux modèles sont proposés pour expliquer le glissement des nucléosomes : la diffusion Twist et la propagation Loop/bulge. Ces deux modèles suggèrent que la distorsion de l'ADN se propage à la surface du nucléosome.

Modèle de diffusion Twist

Selon ce modèle, une seule paire de bases est transférée entre l'ADN lié et l'ADN enroulé autour du noyau d'histone. Ce changement de base provoque la torsion ou la détorsion de l'ADN nucléosomique pour s'adapter au gain/perte de paires de bases. Le défaut de torsion se propage ensuite autour du nucléosome d'un segment d'ADN à l'autre dans un processus connu sous le nom de diffusion par torsion. De cette manière, l'octamère d'histone se déplacerait avec l'ADN de la taille de la distorsion.

Modèle de boucle (Loop/bulge)

Selon ce modèle, l'ADN de la région de liaison se déplace de manière transitoire autour du nucléosome, créant une boucle. Celle-ci se déplace ensuite autour de l'histone, créant ou perturbant les interactions histone-ADN. De cette façon, le noyau du nucléosome glisse sur le brin d’ADN, exposant des régions pour des activités génétiques.

Compte tenu de la complexité du repliement de la chromatine, les deux modèles mentionnés ci-dessus peuvent coexister. Cependant, il existe des questions spécifiques que les deux modèles n'expliquent pas, ce qui indique que les processus réels peuvent être encore plus complexes. Par exemple, comment la processivité est-elle atteinte lors du glissement ? Comment chaque élément du complexe de remodelage participe-t-il au processus ? Comment les rénovateurs coopèrent-ils avec les chaperons d'histone ?

L'ATPase de remodelage du nucléosome est impliquée dans plusieurs mécanismes génétiques, tels que l'expression des gènes du développement, la transcription rapide en réponse aux signaux environnementaux, la réplication du génome, la surveillance des dommages à l'ADN et leur réparation.

Les défauts du complexe de remodelage nucléosomique ont un large éventail de conséquences. Au cours du développement embryonnaire, l'échec du remodelage nucléosomique peut affecter la viabilité et provoquer des défauts morphologiques. Cela peut également entraîner des problèmes de réparation de l'ADN, conduisant à une instabilité du génome et le cancer.