Chromatine
n., pluriel : chromatines
Définition : Complexe d’acides nucléiques (par exemple ADN ou ARN) et de protéines (par exemple histones)
Table des matières
Définition de la chromatine
Qu’est-ce que la chromatine dans une cellule ? La chromatine est un complexe d’acides nucléiques (par exemple, l’ADN ou l’ARN) et de protéines (par exemple, les histones). Elle a été identifiée en 1882. Au départ, on pensait qu’il s’agissait simplement d’une substance colorée dans un noyau, mais on a découvert plus tard que la chromatine se caractérise par des protéines attachées à l’ADN, et l’ADN a été identifié comme le support de l’information génétique (Ma, Kanakousaki et Buttitta 2015). Ainsi, nous pouvons définir la chromatine comme une substance constituée d’ADN et de protéines associées (appelées histones).
Qu’est-ce que les histones ?
Les histones sont des protéines basiques chargées positivement qui se lient aux molécules de phosphate de l’ADN chargées négativement. Il y a deux éléments majeurs dans une chromatine c’est-à-dire l’ADN de la cellule et les protéines associées. Les protéines associées sont connues sous le nom d’histones. Ou nous pouvons dire que la chromatine contient des protéines appelées histones.
La chromatine est un matériau d’emballage pour l’ADN. S’il n’est pas bien emballé, il peut s’emmêler sur lui-même ou être endommagé pendant la division cellulaire. La taille des cellules est en micromètres et un ADN peut atteindre 3 mètres de long. Pour faire entrer une structure aussi longue dans une cellule micrométrique, un emballage serré est nécessaire.
Qu’est-ce qu’un nucléosome ?
Une molécule d’ADN s’enroule autour des protéines histones pour créer des boucles serrées appelées nucléosomes.
Les nucléosomes s’enroulent et sont regroupés pour former une sorte de fibre appelée fibre de chromatine. Ces chromatines, à leur tour, font également des boucles et se replient avec l’aide de protéines pour produire un chromosome. C’est pourquoi un chromosome est connu pour porter une partie ou la totalité du matériel génétique d’un organisme. Une fois que l’ADN est condensé dans un chromosome, il est maintenant protégé grâce à sa structure étroitement enroulée. Vous trouverez plus de détails sur sa structure dans cette section : Structure de la chromatine.
La chromatine joue également un rôle essentiel tout en régulant le transfert de l’information génétique. Avant de définir techniquement la chromatine, comprenons ce qu’elle est. Regardons le schéma suivant pour comprendre les chromatines :
Où se trouve la chromatine ?
Où se trouve la chromatine ? Dans les cellules eucaryotes, la chromatine se trouve à l’intérieur du noyau. Voici une illustration qui vous aidera à comprendre sa localisation dans le noyau de la cellule.
Gènes dans la chromatine
Les gènes présents dans la chromatine peuvent être désactivés ou activés. Cela signifie que dans certaines cellules, une certaine partie du gène est active (« allumée ») tandis que l’autre ne l’est pas (« éteinte »). Qu’est-ce qui régule ces informations complexes, des gènes aux protéines et à l’ARNm ? Oui, c’est la chromatine.
Pour valider ce constat, les chercheurs ont utilisé la mouche du vinaigre comme organisme modèle pour étudier l’état activé et désactivé des gènes dans la chromatine. Le résultat de leur étude a permis d’identifier 5 types distincts de chromatine décrits par la présence unique de protéines.
Ces cinq types ont ensuite été nommés comme des couleurs : Vert, Jaune, Noir, Bleu et Rouge. Le noir était totalement inactif, le vert et le bleu étaient partiellement actifs, et le jaune et le rouge étaient des gènes totalement actifs dans la chromatine. Ils ont découvert que les gènes de la chromatine jaune étaient activés dans presque toutes les cellules car ils régulaient les fonctions vitales des cellules. Les chromatines rouges étaient allumées dans certaines cellules spécifiques parce qu’elles régissaient des fonctions plus spécifiques (Serra et al., 2017).
Structure de la chromatine
La protéine histone et l’ADN ont une masse égale dans la chromatine eucaryote (bien qu’il y ait aussi certaines cellules avec des protéines non histones à la place). Le nucléosome est l’unité structurelle de la chromatine, qui à son tour, est constituée d’ADN et de protéines (histones ou non-histones). Cette structure est répétée dans tout le matériel génétique d’un organisme. La structure de la chromatine emballée dans la structure d’ordre supérieur est présentée ci-dessous.
Qu’entend-on par le modèle de la chromatine « perles sur un fil » ?
L’ADN et les protéines histones fournissent le premier niveau de compaction de l’ADN à l’intérieur du noyau. L’unité de base de la structure de la chromatine est le nucléosome. Un nucléosome est formé lorsque l’ADN est enroulé autour des histones (le noyau protéique) pour former une structure « en forme de perle ». Cette structure en forme de perle est connue sous le nom de nucléosome. Dans la figure 3, la deuxième en partant du haut est la forme de chromatine « perles sur ficelle ». Le nucléosome est un complexe de 146 paires de bases d’ADN et est enroulé de l’extérieur de 8 protéines, c’est-à-dire des histones. Ainsi, l’ADN enroulé autour des histones forme un nucléosome.
Il existe cinq types différents d’histones, à savoir H1, H2A, H2B, H3 et H4. Un noyau d’histone est produit lorsque deux H2A et H2B se combinent avec les protéines H3 et H4. Environ 145 paires de bases d’ADN sont enroulées deux fois autour de cette structure protéique pour former un nucléosome. La longueur de l’ADN de liaison peut varier en fonction de l’activité génétique de l’espèce et peut aller de 10 à 95 paires de bases. Il y a un nucléosome après chaque 200 paires de bases et sa longueur était de 10 nm.
Lorsque l’on regarde au microscope, la chromatine ressemble à des perles ajustées dans la ficelle. Ces perles sont connues sous le nom de nucléosomes. Le nucléosome lui-même est composé de huit protéines appelées histones. Les nucléosomes forment un solénoïde en s’enroulant en une spirale de 30 nm. Dans ce solénoïde, d’autres protéines histones aident à former la structure de la chromatine. La chromatine se condense en chromosomes en raison de l’augmentation de la structure compacte (Baldi, Korber et Becker 2020).
Quelle est la relation entre l’ADN et la chromatine ?
La chromatine est l’emballage de l’ADN. L’ADN et les protéines associées sont emballés à l’intérieur de la chromatine pour s’adapter à l’intérieur d’un noyau.
Comment l’ADN est assemblé dans la structure de la chromatine ?
Il y a plusieurs étapes impliquées dans l’assemblage de l’ADN dans la chromatine. Dans la première étape, les protéines H3e et H4 se déposent sur l’ADN, suivies par H2A et H2B. Une particule sub-nucléosomale est formée, constituée de 146 paires de bases d’ADN. La deuxième étape est la maturation au cours de laquelle l’ATP établit un espacement cohérent entre les noyaux des nucléosomes. Au cours de l’étape suivante, le repliement des histones de liaison est amorcé dans un nucléofilament d’une structure de 30 nm. Dans la dernière étape, un repliement supplémentaire se produit, conduisant à un niveau d’emballage plus élevé. Le taux d’emballage est d’environ 7000.
Euchromatine vs Hétérochromatine
Il existe deux formes de chromatine : (1) l’euchromatine et (2) l’hétérochromatine. L’euchromatine est moins condensée et peut être transcrite alors que l’hétérochromatine est très condensée et ne peut généralement pas être transcrite. L’hétérochromatine est en outre classée en hétérochromatine constitutive et hétérochromatine facultative. L’hétérochromatine constitutive est la séquence d’ADN existant dans toutes les cellules d’un organisme. L’hétérochromatine constitutive est liée à l’ADN hautement répété. De même, l’hétérochromatine facultative n’est pas présente dans toutes les cellules. Par exemple, le gène codant pour la bêta-globine chez les animaux est présent dans certaines cellules mais pas dans les cellules sanguines. Comme expliqué précédemment, la chromatine est un complexe de protéines et d’ADN dans les cellules eucaryotes. L’ADN nucléaire n’existe pas sous forme de brins linéaires mais est étroitement condensé et enroulé autour de protéines nucléaires afin de pouvoir tenir dans le noyau.
Fonction de la chromatine
A l’origine, la chromatine était considérée comme la substance qui donne sa couleur au noyau cellulaire. Plus tard, on a découvert qu’elle n’est pas seulement une substance colorante mais qu’elle est l’un des plus importants régulateurs de l’expression de l’ADN. La structure de la chromatine joue également un rôle important dans la réplication de l’ADN. L’emballage de l’ADN dans la chromatine et le nucléosome résulte en une structure étroitement fermée qui n’est pas accessible par les enzymes qui sont responsables de la transcription, de la réplication et de la réparation de l’ADN.
L’emballage de la structure de l’ADN est répressif sur le plan transcriptionnel et ne permet qu’un niveau basal d’expression des gènes. Pour les structures de nucléosomes qui sont ouvertes ou perturbées, l’ADN peut plus facilement être répliqué et transcrit.
Pendant le processus de transcription, la structure de la chromatine est modifiée par certains répresseurs et activateurs qui interagissent avec l’ARN pour réguler l’activité du gène. Les activateurs modifient la structure des nucléosomes, ce qui entraîne une stimulation de l’assemblage de l’ARN polymérase. Pendant la réplication, une régulation similaire de la structure de la chromatine se produit, ce qui permet au mécanisme de réplication d’être en place à l’origine de la réplication.
Une autre fonction de la chromatine est la régulation de l’expression des gènes. En utilisant le processus de variabilité à effet de position, les gènes peuvent être convertis en inactifs transcriptionnels en les localisant près des chromatines hétérochromatiques silencieuses. La distance entre les chromatines hétérochromatiques silencieuses et les gènes peut atteindre 1000 paires de kilobases. Ce phénomène est qualifié d’épigénétique car il produit une variation du phénotype.
Les scientifiques ont proposé que la nature hautement condensée de l’hétérochromatine empêche la transcription de l’ADN. Cependant, on ne comprend pas encore complètement comment les régions non hétérochromatiques voisines sont affectées. Les chercheurs ont découvert que les protéines de la chromatine peuvent se propager aux régions voisines pour produire un effet répressif similaire. Ils ont également proposé que certains compartiments du noyau, dans lesquels l’hétérochromatine pourrait résider, ne soient pas accessibles aux facteurs de transcription. Ainsi, la chromatine dans le noyau peut ne pas être directement accessible aux facteurs de transcription.
La structure de la chromatine affecte la réplication de l’ADN. Par exemple, l’euchromatine et les autres zones actives du génome se répliquent plus tôt. De même, dans l’hétérochromatine et la zone silencieuse qui l’entoure, le processus de réplication est également lent. D’autres fonctions importantes de la chromatine sont décrites ci-dessous.
Enveloppement de l’ADN
La fonction la plus importante de la chromatine est l’emballage de longs brins d’ADN dans un espace beaucoup plus petit. La longueur linéaire de l’ADN est très longue par rapport à l’endroit où il réside. Afin de pouvoir s’insérer en toute sécurité sans s’emmêler ou s’endommager, l’ADN doit être compacté par une méthode quelconque. Le compactage de l’ADN dans le noyau est appelé condensation. Le degré de condensation de l’ADN à l’intérieur d’un corps est appelé le taux d’encombrement. Le taux de compaction de l’ADN est d’environ 7000. Pour ce haut niveau de compaction, l’ADN n’est pas emballé directement dans la structure de la chromatine. Il existe plutôt plusieurs hiérarchies d’organisation.
L’emballage initial est obtenu en enroulant l’ADN autour du nucléosome. Cela donne un taux de compactage de 6. Ce compactage est le même pour l’hétérochromatine et l’euchromatine. Le deuxième niveau de compaction est obtenu en enveloppant les billes dans une fibre de 30 nm que l’on trouve aussi bien dans les chromosomes mitotiques que dans la chromatine interphasique. Cet enveloppement augmente le taux de compactage de 6 à 40. La troisième étape du compactage est obtenue en enroulant davantage la fibre en boucles, domaines et échafaudages. Cet emballage final augmente le taux d’emballage à 10 000 dans les chromosomes mitotiques et à 1000 dans les chromatines interphasiques.
Les chromosomes sont les plus comprimés pendant la métaphase. Lors de la division cellulaire des cellules eucaryotes, l’ADN doit être divisé de manière égale dans deux cellules filles. Pendant cette phase, l’ADN est fortement compacté et une fois que la cellule a terminé la division, le chromosome se déroule à nouveau. Si l’on compare la longueur des chromosomes en métaphase à celle de l’ADN linéaire, le rapport de compaction peut atteindre 10 000:1. Ce haut niveau de compaction est obtenu par la phosphorylation de l’histone H1.
Régulation de la transcription
La transcription est le processus de transfert de l’information génétique de l’ADN aux protéines. Cette information est ensuite transcrite en ARN. L’étape finale est la traduction de l’ARN en protéines fonctionnelles. Le processus de transcription est contrôlé par la chromatine. Si la chromatine est renforcée et restreint l’accès à la lecture des protéines, la transcription s’arrête. L’hétérochromatine est un type condensé de chromatine qui est très compacté et les protéines ne peuvent pas lire l’ADN. Alors que l’euchromatine n’est pas aussi serrée et les protéines peuvent mener le processus de description de l’ADN. De même, il existe des chromatines actives et inactives qui peuvent contribuer à l’éclatement transcriptionnel ou à la discontinuité de la transcription.
Les autres facteurs de la transcription comprennent l’association et la dissociation du complexe de facteurs de transcription présent dans la chromatine. Ce phénomène est considéré comme la raison de la grande variabilité de l’expression des gènes qui se produit entre les cellules de la population isogénique.
Chromatine et réparation de l’ADN
Tous les processus basés sur l’ADN dépendent de l’emballage de l’ADN dans la chromatine. La chromatine a la capacité de changer sa forme et sa structure en raison de l’arrangement dynamique des protéines. Lorsque l’ADN est endommagé, la chromatine se détend. Cette relaxation permet aux protéines de se lier à l’ADN et de le réparer.
La chromatine dans la mitose
La mitose est le processus de division cellulaire dans lequel les deux cellules résultantes (cellules filles) ont le même type et le même nombre de chromosomes que le noyau parent. La chromatine a une fonction importante au cours des quatre étapes de la mitose.
- Prophase : Pendant cette phase, les fibres de chromatine s’enroulent pour former les chromosomes. Le chromosome répliqué comprend deux chromatides combinées au niveau du centromère.
- Métaphase : Au cours de cette phase, la chromatine se condense extrêmement
- Anaphase : Durant cette phase, les microtubules du fuseau tirent les deux chromosomes identiques vers l’extrémité des cellules et les séparent.
- Télophase : Dans cette phase, les nouveaux chromosomes sont séparés dans leur propre noyau. A ce stade, les fibres de chromatine deviennent moins condensées en se déroulant. Deux cellules identiques sont produites avec le même nombre de chromosomes.
Chromatine, chromosome et chromatide
Bien que les trois structures à savoir . la chromatine, les chromosomes et les chromatides sont présentes dans le noyau de la cellule et sont composées d’ADN, cependant, elles sont identifiées de manière unique comme décrit ci-dessous :
Chromatine vs. Chromosome
La différence majeure entre la chromatine et les chromosomes est que la chromatine est composée d’ADN et d’histones qui sont emballés dans une fibre alors qu’un chromosome est une forme monocaténaire de chromatine condensée. La structure du chromosome est basée sur la fibre fine de la chromatine. Si les fonctions de la chromatine sont décrites ci-dessus, la fonction des chromosomes est vitale lors de la mutation, de la régénération, de la division cellulaire, de la variation et de l’hérédité. De plus, lors de la division cellulaire, la chromatine se condense pour former un chromosome et ce dernier est à double brin avec une forme en X. Les deux brins sont reliés au centre par une région connue sous le nom de centromère.
Où dans la cellule les chromosomes sont-ils situés ?
Les chromosomes sont présents dans le noyau d’une cellule eucaryote. Chez les procaryotes, le chromosome est généralement une boucle unique d’ADN chromosomique stable dans le nucléoïde, par exemple d’une cellule bactérienne. L’ADN procaryote est associé à des protéines non histones. Chez les virus, il n’y a pas non plus de noyau et le chromosome peut donc apparaître comme une courte structure linéaire ou circulaire de molécule d’ADN ou d’ARN souvent dépourvue de protéines structurelles enveloppée par une enveloppe ou une capside de sa tête.
Quelle est la relation entre la chromatine et les chromosomes ?
La relation entre la chromatine et le chromosome est que la chromatine subit ensuite une condensation pour former un chromosome. Le taux d’emballage de l’ADN d’un chromosome est plus élevé que celui de la chromatine.
Chromatine vs chromatide
Il y a deux brins de chromosomes. Le brin unique du chromosome s’appelle une chromatide. Ces chromatides se séparent à la fin de la division cellulaire pour devenir des chromosomes filles. Ainsi, la chromatine est entièrement différente de la chromatide car les éléments majeurs de la chromatine sont l’ADN et les protéines associées sous forme de fibre alors que la chromatide est une partie du chromosome. Oui, la chromatide contient de la chromatine.
Chromatine vs nucléosome
Le nucléosome est la partie de l’ADN qui est enroulée autour du noyau de protéines. La chromatine est le complexe d’ADN avec des protéines et aide à la condensation de l’ADN pour l’emballage dans le noyau.
- Anthony T. Annunziato. 2008. « L’emballage de l’ADN : Nucléosomes et chromatine ». Nature Education. 2008. https://www.nature.com/scitable/topicpage/dna-packaging-nucleosomes-and-chromatin-310/#%0Ahttps://www.scribd.com/document/257368023/DNA-Packaging-Nucleosomes-and-Chromatin-Annunziato-2014.
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