Linker histone influence on single chromatin fibers dynamics
Influence de l'histone de liaison sur la dynamique de fibres de chromatine individuelles
Résumé
We investigate the mechanical properties of single chromatin fibers. Chromatin is the nucleoproteic structure of eucaryotic cells nucleus. During physiological processes such as transcription, replication or DNA repair this template is submitted to mechanical constraints like torsion. First we review the main results concerning chromatin properties. In particular, we focus on the influence of linker histone. This protein allows chromatin fibers to acces to a higher degree of compaction. Then, we detail theoretical and experimental tools used to describe and study the chromatin. We describe topological properties of this template. We used a magnetic tweezers setup that allowed us to exert controled torsion and tension on a single chromatin fiber. Finally, we present results obtained on chromatin fibers with and without linker histone. Magnetic tweezers experiments revealed that linker histones mediated compaction does not impair the remarkable torsional elasticity of chromatin. Moreover, under high positive supercoiling nucleosome is known to undergo a structural transition that affect its topology. We showed that this transition, responsible for relaxation of topological constraints, can also occur in fibers containing linker histone. Biological relevance of this transition is discussed. The ability of chromatin fibers to endorse topological deformation may have an important role in the maintenance of chromatin organisation throughout cell cycles.
Dans ce manuscrit nous abordons les propriétés mécaniques de fibres de chromatine à l'échelle de la molécule unique. La chromatine est la structure nucléoprotéique qui contient le génome des cellules eucaryotes. À ce titre, cette fibre est soumise à de nombreuses contraintes mécaniques, telle la torsion, lors des processus de transcription, de réplication ou bien encore de réparation. Une revue des connaissances concernant la chromatine est présentée dans un premier chapitre. En particulier, nous introduisons l'influence d'une histone, appelée histone de liaison. Cette protéine permet à la fibre d'accéder à un niveau de compaction supérieur. Ensuite nous donnons les outils théoriques et expérimentaux d'étude du substrat chromatinien. Nous détaillons les propriétés topologiques de la chromatine. Le dispositif d'étude que nous avons utilisé, les pinces magnétiques, est décrit. Il permet d'exercer sur une fibre unique des contraintes mécaniques de tension et de torsion controlées. Enfin nous présentons les résultats obtenus sur des fibres de chromatine reconstituées en présence ou non de l'histone de liaison. À l'aide des pinces magnétiques, nous avons pu mettre en évidence le fait que l'histone de liaison ne modifie pas l'élasticité torsionnelle remarquable de la chromatine, même si la fibre est dans un état plus condensé. Sous forte déformation torsionnelle positive, le nucléosome subit une transition chirale qui permet de relâcher la contrainte topologique appliquée à la fibre. Nous avons pu montrer que ce changement conformationnel peut tout à fait se dérouler au sein des fibres contenant l'histone de liaison. Les implications biologiques de ces phénomènes sont examinées. La capacité propre à la chromatine à supporter la contrainte de torsion pourrait avoir un rôle dans le maintien de l'organisation chromatinienne lors du cycle cellulaire.