EUCARYOTES (CHROMOSOME DES)

Organisation structurale

Après extraction des histones (fig. 1), le chromosome humain qui a été isolé apparaît formé d'une matrice protéique de laquelle partent des centaines de boucles d'ADN ayant chacune une longueur moyenne de 30 μm. La longueur totale de l'ADN est d'environ 7 cm. Or, dans le noyau, ce chromosome humain ne mesure que 8 μm de long pour un diamètre de 0,5 μm : l'ADN est donc très fortement compacté et jusqu'à présent seul le premier degré de cette compaction a pu être analysé après digestion ménagée par des enzymes capables de couper l'ADN (nucléases), combinée à des méthodes d'analyse biophysique (Kornberg, 1974). La chromatine se présente alors sous la forme d'un collier de perles (fig. 2) dont l'ADN, constituant le fil, ne traverse pas la perle mais s'enroule autour de chacune d'elles. La « perle » est appelée nucléosome.

Nucléosomes - crédits : Encyclopædia Universalis France — Nucléosomes
Encyclopædia Universalis France

Le nucléosome est régulièrement formé de 8 molécules d'histones et de 140 paires de bases d'ADN. Des expériences de reconstitution in vitro ont montré que, dans chaque nucléosome, les histones H2A, H2B, H3 et H4 étaient présentes en deux exemplaires et qu'une proportion équimolaire des quatre types était indispensable à sa formation. L'ADN se trouve toujours à l'extérieur de cet octamère d'histones. Il est enroulé presque deux fois autour de chaque nucléosome à raison de 90 paires de base par tour, formant une superhélice autour de deux tétramères d'histones symétriquement appariés (fig. 3) . Les analyses cristallographiques de ceux-ci par diffraction aux rayons X ont permis de démontrer que le nucléosome est un cylindre, mesurant 11 × 11 × 6 nm, où les histones 3 et 4 sont sur la face d'entrée et de sortie de l'ADN. Les histones 3 et 4, qui sont les mieux conservées par l'évolution, ainsi que les parties centrales des molécules de H2A et H2B sont essentielles à la structure du nucléosome. Les liens internucléosomiques correspondant à la région d'ADN comprise entre deux nucléosomes adjacents ont des longueurs variables (entre 15 et 100 paires de base ; moyenne 60) suivant les espèces ou même d'un tissu à l'autre d'un même organisme. C'est essentiellement l'histone H1, dans la proportion d'une molécule par nucléosome, qui est associée à ces liaisons. Sa position exacte n'est pas connue, mais son extraction n'affecte pas la structure du nucléosome.

La fibre nucléosomique ainsi définie est trouvée dans la chromatine de nombreux eucaryotes. Elle est donc réellement l'ossature fondamentale du chromosome. Si les nucléosomes provoquent bien une compaction de l'ADN selon un facteur 7, ils ne suffisent pas à expliquer comment 7 cm d'ADN sont repliés dans une structure de 8 μm de long.

Une autre question longtemps controversée concerne le nombre de molécules d'ADN par chromosome.

L'apparence multifibrillaire des chromosomes en microscopie électronique et la quantité d'ADN trouvée dans certaines espèces (200 picogrammes d'ADN par noyau chez un amphibien, ce qui correspond à une longueur de 62 m) ont été longtemps utilisées comme arguments en faveur de la présence de plusieurs molécules d'ADN par chromosome.

Mais de très nombreux arguments sont en faveur de l'unicité. Chaque chromosome de levure ne contient effectivement qu'une seule molécule d'ADN dont la taille est inférieure à celle que contient un colibacille. Chez la drosophile, des méthodes basées sur la mesure de la visco-élasticité de l'ADN font apparaître une bonne corrélation entre la quantité d'ADN du chromosome le plus long et la taille de la plus longue des molécules (2 cm). Mais aucune preuve directe n'existe pour les espèces à grands chromosomes. La distribution du marquage radioactif au cours de la réplication[...]