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Y a-t-il des histones présentes dans le cytoplasme ?


Dans cet article, les auteurs ont appauvri les hétérodimères d'histones H3-H4 à 90 % du cytoplasme de Xénope ovocytes. Ils précisent que leur concentration est de l'ordre de 6 uM.

Ma question est la suivante : des histones se trouvent-elles dans le cytoplasme en plus de l'emplacement du noyau ? (en ignorant ceux nouvellement synthétisés), et si oui, existe-t-il une fonction connue ?


Au début de l'embryogenèse, une division cellulaire appelée clivage se produit toutes les 30 minutes et il n'y a pas d'activité transcriptionnelle. Les ovocytes ont accumulé des transcrits génétiques importants et synthétisent les protéines au bon moment. Cependant, l'histone est l'une des protéines les plus abondantes et il serait difficile de fournir suffisamment de protéines d'histone au début de l'embryogenèse alors que les ovocytes traduisent d'autres transcrits géniques régulant la différenciation.

C'est ma spéculation, mais l'article appelle les histones cytosoliques "stock". Juste au cas où, je ne veux pas dire que je nie certains autres rôles des histones dans le cytosol s'il y en a.


Cytoplasme

En biologie cellulaire, le cytoplasme est tout le matériel contenu dans une cellule, enfermé par la membrane cellulaire, à l'exception du noyau de la cellule. Le matériel à l'intérieur du noyau et contenu dans la membrane nucléaire est appelé le nucléoplasme. Les principaux composants du cytoplasme sont le cytosol (une substance semblable à un gel), les organites (les sous-structures internes de la cellule) et diverses inclusions cytoplasmiques. Le cytoplasme est d'environ 80% d'eau et généralement incolore. [1]

La substance cellulaire fondamentale submicroscopique, ou matrice cytoplasmique qui subsiste après exclusion des organites et des particules cellulaires, est le plasma terrestre. C'est l'hyaloplasme de la microscopie optique, un système polyphasique hautement complexe dans lequel tous les éléments cytoplasmiques résolubles sont en suspension, y compris les organites plus gros tels que les ribosomes, les mitochondries, les plastes végétaux, les gouttelettes lipidiques et les vacuoles.

La plupart des activités cellulaires ont lieu dans le cytoplasme, telles que de nombreuses voies métaboliques, y compris la glycolyse, et des processus tels que la division cellulaire. La zone interne concentrée est appelée endoplasme et la couche externe est appelée cortex cellulaire ou ectoplasme.

Le mouvement des ions calcium dans et hors du cytoplasme est une activité de signalisation pour les processus métaboliques. [2]

Chez les plantes, le mouvement du cytoplasme autour des vacuoles est appelé flux cytoplasmique.


Le cytoplasme est un mélange hétérogène de granules opaques et de composés organiques. Cette combinaison de ces deux composants lui confère la nature colloïdale de suspendre les organites dans le liquide du cytoplasme d'une cellule.

Le cytoplasme contient de nombreuses formes et tailles de particules différentes et les maintient en place dans la cellule. Le cytoplasme contient des protéines qui sont solubles de 20 à 25 pour cent, ce qui inclut les enzymes. Les glucides, les lipides et les sels inorganiques sont des particules dans le cytoplasme.

La couche la plus externe du cytoplasme, le plasmogel, peut absorber l'eau ou l'éliminer, et elle est basée sur les besoins des cellules en liquide. C'est ce qu'on appelle la cellule de garde stomatique dans les feuilles des plantes.

La composition chimique du cytoplasme est de 90 pour cent d'eau et de 10 pour cent de composés organiques et inorganiques qui varient en proportions.


Division cellulaire : une nouvelle technique révèle un rôle pour les histones

Les protéines connues sous le nom d'histones donnent une structure à l'ADN, qui s'enroule autour d'elles comme de la ficelle sur des bobines. Mais comme c'est si souvent le cas en biologie, il s'avère qu'il y a plus dans ces structures qu'il n'y paraît. Les scientifiques savent déjà que les histones jouent un rôle dans le contrôle de l'expression des gènes et, plus récemment, ils ont accumulé des preuves que certains aspects de la division cellulaire dépendent de ces protéines. Mais ce dernier soupçon s'est avéré difficile à tester.

Désormais, une nouvelle technique développée à l'Université Rockefeller dans le laboratoire de biologie chromosomique et cellulaire de Hironori Funabiki permet aux chercheurs d'examiner le rôle des histones dans les processus cruciaux de division cellulaire qui tournent autour de l'ADN, tels que la ségrégation des chromosomes et la construction du noyau de la cellule.

"La manipulation des gènes qui codent pour les histones - l'approche typique pour ce type de recherche - provoque généralement des changements massifs au sein de la cellule. Mais parce que les histones elles-mêmes régulent l'expression des gènes, les raisons de ces changements sont presque impossibles à interpréter", explique Funabiki. . "Nous avons résolu ce problème en développant une nouvelle façon d'étudier les histones qui contournent ce problème, et nous l'avons utilisé pour explorer le rôle de ces protéines dans l'organisation de structures à grande échelle basées sur l'ADN au sein de la cellule."

Les histones sans ADN sont comme un manuel d'instructions sans mots, donc ces expériences, dirigées par l'associé de recherche Christian Zierhut, se sont concentrées sur les deux ensemble, qui forment des structures connues sous le nom de nucléosomes. Leurs travaux ont révélé que les nucléosomes doivent être présents pour que le fuseau mitotique, la machine cellulaire responsable de la division des chromosomes au cours de la division cellulaire, se forme. De plus, les nucléosomes se sont avérés nécessaires pour certains aspects clés de la formation de l'enveloppe nucléaire qui entoure le centre de contrôle de la cellule.

Pour expérimenter avec les histones, Zierhut et ses collègues se sont tournés vers les œufs de grenouille, un système modèle parfaitement adapté aux études de la division cellulaire. Les scientifiques savent depuis longtemps qu'il est possible de purifier le liquide, ou cytosol, de l'intérieur des œufs, puis, en ajoutant de l'ADN, d'induire presque tous les événements du cycle de vie d'une cellule. Parce que ces événements se déroulent en dehors de la cellule, ils sont beaucoup plus accessibles. De plus, les œufs sont transcriptionnellement silencieux, ce qui signifie qu'aucun gène n'est exprimé. En conséquence, les chercheurs n'ont pas eu besoin de faire face à des effets en aval déroutants. Cependant, ces œufs contiennent de gros stocks d'histones, ce qui rend la manipulation des histones une tâche ardue.

"Tout comme la manipulation des gènes des histones n'est pas une approche réaliste, il n'est pas non plus possible de s'en débarrasser complètement, car les histones, comme l'ADN, sont essentielles à la viabilité. Cela a été un obstacle majeur pour la recherche sur les histones, et nous avons réussi à le surmonter", a déclaré Zierhut. dit. "Nous avons trouvé un moyen de générer un extrait d'œuf exempt d'histones essentielles, un accomplissement que l'on pensait autrefois impossible."

En interférant ainsi avec la formation de nucléosomes dans l'extrait, les chercheurs ont pu tester ce qui s'est passé lorsqu'ils ont ajouté de l'ADN nu ou des nucléosomes avec des histones altérées.

Dans les expériences décrites dans le numéro de juillet de Nature Biologie moléculaire structurale, ils ont ajouté de l'ADN seul à l'extrait d'œuf de grenouille et ont constaté que les fuseaux mitotiques qui entraînent la division cellulaire ne se sont pas formés. Mais quand ils ont ajouté des nucléosomes, les fuseaux se sont formés. En utilisant des expériences similaires, les chercheurs ont examiné le rôle des histones dans d'autres aspects de ce processus - avec des résultats mitigés. Ils ont découvert que les protéines membranaires, importantes pour la formation du noyau dans les cellules filles, étaient attirées par l'ADN nu. Cependant, les histones se sont avérées nécessaires à la formation d'une structure de support appelée lamina. Les expériences ont également montré un rôle important pour eux dans la formation de complexes de pores nucléaires, qui agissent comme des portes sélectives d'entrée et de sortie du noyau. Dans ce cas, les histones semblent aider à initier le processus en recrutant deux autres molécules, RCC1 et ELYS.

"L'exigence de la présence d'histones peut aider la cellule à contrôler où se forment le fuseau mitotique et l'enveloppe nucléaire", explique Funabiki. "Ceci est particulièrement important pour les grandes cellules qui doivent s'assurer qu'elles forment ces structures au bon endroit, sur ou autour de leurs propres chromosomes contenant des histones. Sans cette exigence, les cellules peuvent risquer d'établir une enveloppe nucléaire autour de l'ADN viral, par exemple par exemple, ou en formant des pores nucléaires sur d'autres structures membranaires intracellulaires non connectées à l'ADN. De cette façon, la cellule garantit que seul le bon ensemble d'instructions génétiques peut être préservé, accessible et propagé au fil des générations.


DISCUSSION

Cette étude montre que les histones et les nucléosomes apparaissent dans les lysats cellulaires des lymphoblastes activés au cours de l'apoptose précoce. Nos résultats montrent des schémas d'accumulation différents pour les histones du nucléosome (H2A, H2B, H3 et H4) par opposition à l'histone H1 de la région de liaison entre les nucléosomes, soulignant la spécificité de ce phénomène. L'apoptose précoce détectée par coloration AxV/PI était significativement corrélée avec l'accumulation d'histones H2A, H2B, H3 et H4 dans les lysats cellulaires, mais pas avec H1.

Comme H2A, H2B, H3 et H4 forment la structure centrale du nucléosome et sont liés à l'ADN, ils sont normalement insolubles dans les détergents non ioniques comme le Triton X-100. Par conséquent, leur détection dans des lysats cellulaires apoptotiques préparés dans un tampon contenant un détergent indique qu'ils ont été libérés ou séparés de la chromatine sous forme de nucléosomes clivés ou d'histones libres. Toutes les bandes d'histones détectées sont susceptibles de représenter des histones/nucléosomes cytoplasmiques car les conditions de lyse ne solubiliseraient pas le matériel nucléaire intact, qui serait donc présent dans le culot plutôt que dans le surnageant après centrifugation des lysats. Ceci est en outre soutenu par les différentes cinétiques des différentes histones apparaissant dans les lysats cellulaires, en particulier après une induction plus forte de l'apoptose avec l'étoposide ou l'exposition à la lumière UV. De plus, les lysats cellulaires des PBMC ne contenaient que de très faibles quantités d'histones. Il est important de noter que les complexes membrane nucléaire et pores nucléaires restent intacts la plupart du temps pendant l'apoptose, même si la lame nucléaire est solubilisée. 4 Mais nous ne pouvons pas totalement exclure la possibilité que la membrane nucléaire soit rompue lors de la lyse cellulaire à l'aide de détergents, en particulier dans les cellules apoptotiques. Cependant, nous avons trouvé un modèle de libération différent du lieur H1 par rapport aux histones centrales au cours de la phase d'apoptose précoce. Par conséquent, il semble peu probable que les histones diffusent de manière non spécifique à travers une membrane rompue dans le cytoplasme. S'ils le faisaient, nous nous attendrions à une augmentation similaire de toutes les histones dans les lysats cellulaires, ce qui n'est pas le cas. Ces résultats appuient l'opinion selon laquelle l'apparition d'histones dans les lysats cellulaires n'est pas attribuée à la dégradation artificielle de la membrane nucléaire.

L'augmentation des histones dans les lysats cellulaires n'a pas été affectée par le blocage de la néosynthèse des protéines, soutenant le concept que les histones dérivent en effet du noyau et n'ont pas été néosynthétisées dans le cytoplasme. Les histones et les nucléosomes peuvent être exportés activement ou diffuser passivement à travers les pores nucléaires, mais ceci est à ce jour inconnu.

Nous avons également détecté des nucléosomes complets dans les lysats cellulaires des lymphoblastes activés à tout moment après le retrait de l'IL2. Cela implique que l'ADN est présent dans le cytoplasme car nous avons utilisé un anticorps spécifique contre l'ADN pour la détection des nucléosomes. Le schéma des quantités de nucléosomes était similaire, mais non identique, au schéma d'accumulation d'histones nucléosomiques dans les lysats cellulaires. L'incubation continue des lymphoblastes dans un milieu contenant de l'IL2 a empêché une augmentation des teneurs en histones dans les lysats cellulaires, alors que les nucléosomes ont été détectés en plus grande quantité qu'à t0. Cette contradiction théorique pourrait s'expliquer par des différences dans les caractéristiques de libération des nucléosomes par rapport aux histones entre les cellules apoptotiques précoces et tardives. Après la privation d'IL2, nous avons trouvé différents modèles d'accumulation dans les lysats cellulaires pour chaque classe d'histones. Ceci était beaucoup plus frappant après exposition des lymphoblastes à la lumière UV-B ou traitement à l'étoposide. Une augmentation de 10 à 20 fois (par rapport à t0) des histones H3 ou H4 dans les lysats cellulaires a été trouvée, ce qui était beaucoup moins évident pour H2A et H2B. En raison de cet aspect déséquilibré des différentes classes d'histones, nous pouvons conclure que les nucléosomes dans les lysats cellulaires ne peuvent pas être la seule source des histones détectées, et que les histones non complexées peuvent s'accumuler dans le cytoplasme provenant du noyau au cours de l'apoptose précoce. Ce point de vue est soutenu par l'observation que les nucléosomes se désagrègent pendant l'apoptose libérant des histones « libres » et des particules d'ADN. 25 De plus, l'assemblage normal des nucléosomes peut être inhibé dans ces phases précoces de l'apoptose, entraînant l'accumulation d'histones libres. Alternativement, H2A et H2B peuvent être plus efficacement dégradés dans le cytoplasme ou sécrétés par les cellules que H3 et H4. Mais cette possibilité n'est étayée par aucune donnée rapportée, et nous n'avons trouvé aucun produit de dégradation des histones dans nos lysats cellulaires.

Il a été récemment rapporté que des histones ont été trouvées dans des lysats cellulaires obtenus à partir de cellules tumorales apoptotiques et non physiologiques telles que les cellules Jurkat et les cellules U937. 26 Cependant, H1 n'a été détecté que dans les lysats cellulaires de cellules Jurkat, mais pas dans U937. D'autres études ont montré que les cellules Jurkat et les lymphocytes activés humains accumulent des nucléosomes dans le cytoplasme pendant l'apoptose. 27, 28 Cependant, toutes les lignées cellulaires ne génèrent pas de fragments nucléosomiques au cours de l'apoptose. 29 Il est important de noter que l'accumulation d'histones n'est pas une conséquence nécessaire de la fragmentation de l'ADN liée à l'apoptose. Wu et al ont montré que toutes les lignées cellulaires ne libèrent pas des histones des nucléosomes pendant la fragmentation de l'ADN et l'apoptose. 25 Sur la base de leurs expériences, les auteurs ont montré de manière convaincante que la libération d'histones et la fragmentation de l'ADN peuvent être clairement séparées en deux processus indépendants dans leurs lignées cellulaires tumorales. Comme ces expériences ont été réalisées avec des cellules tumorales dont la régulation de l'apoptose est manifestement altérée, nous avons utilisé des cellules humaines primaires pour nos études. Nos données fournissent pour la première fois la preuve que l'accumulation cytoplasmique d'histones et de nucléosomes dans les cellules physiologiques est un événement précoce de l'apoptose, se produisant parallèlement aux signaux initiaux de phagocytose.

Il a été suggéré que les composants nucléaires sont modifiés au cours de l'apoptose. 30, 31 Cela pourrait provoquer des altérations structurelles conduisant à une meilleure reconnaissance en tant qu'auto-antigènes, contribuant ainsi à la pathogenèse de maladies auto-immunes comme le LED. Nos résultats suggèrent que l'histone cytoplasmique H4 générée par apoptose est structurellement différente de l'histone nucléaire H4. Le fait que les histones liées à l'apoptose puissent effectivement être antigéniques a été bien documenté par nos précédents travaux 12 : nous avons initié une réponse immunitaire dirigée contre les histones dans les lymphocytes qui avaient été stimulés in vitro avec des cellules apoptotiques autologues ou des histones non modifiées disponibles dans le commerce. Pour étayer davantage notre hypothèse selon laquelle des modifications post-apoptotiques des structures cellulaires se produisent pendant l'apoptose, Casciola-Rosen et al ont montré que des protéases comme le granzyme B peuvent cliver les auto-antigènes au cours du processus d'apoptose. 30

L'ajout de la cytokine IL2 sert de facteur de survie important, empêchant l'apoptose dans les lymphoblastes activés in vivo et in vitro. 14, 32, 33 Comme le montre cette étude, l'IL2 abaisse également les teneurs en histones extranucléaires dans les lysats cellulaires. Ce fait ne s'explique pas facilement. Les histones et les nucléosomes peuvent être réintroduits dans le noyau, mais cette alternative n'est étayée par aucune donnée et est difficile à imaginer. Il est plus probable que des histones soient libérées ou sécrétées par les cellules. Comme mentionné précédemment, la dégradation est peu probable car nous n'avons jamais observé de produits de dégradation des histones dans notre détection par transfert western.

Cette situation hypothétique pourrait être significative pour la pathogenèse du LED : les auto-antigènes connus du LED comme les histones ou les nucléosomes sont situés à l'extérieur du noyau dans les lymphoblastes mourants par apoptose, privés d'IL2 et pourraient donc être plus facilement accessibles pour les cellules immunocompétentes. Dans un article précédent, 16 utilisant le modèle cellulaire identique, nous avons démontré que les lymphoblastes SLE activés sont hyporéactifs aux cytokines de la chaîne c (comme l'IL2), conduisant à une apoptose accélérée. Nos données soutiennent le concept selon lequel les lymphoblastes activés, bien plus que les lymphocytes quiescents ou les PBMC, sont une source d'histones ou de nucléosomes en tant qu'autoantigènes dans les maladies auto-immunes systémiques. Une libération précoce d'histones et de nucléosomes à partir de noyaux de lymphocytes mourants par apoptose suggère que la dérégulation de l'apoptose précoce pourrait être décisive pour l'induction de l'auto-immunité contre les auto-antigènes nucléaires dans le LED, une hypothèse que nous suivons actuellement dans notre travail.


Questions à choix multiple

Q1. Une caractéristique commune des cellules du tube criblé végétal et de la plupart des mammifère les érythrocytes est
(a) Absence de mitochondries (b) Présence de paroi cellulaire
(c) Présence d'hémoglobine (d) Absence de noyau
Réponse : (d) Une caractéristique commune des cellules du tube criblé de plantes et de la plupart des érythrocytes de mammifères est l'absence de noyau.

Q2. Sélectionnez-en une qui n'est pas vraie pour les ribosomes.
(a) Composé de deux sous-unités (b) Forme un polysome
(c) Peut s'attacher à l'ARNm (d) Ne joue aucun rôle dans la synthèse des protéines
Réponse : (d) Les ribosomes sont constitués de deux sous-unités, forment un polysome et peuvent se fixer à l'ARNm. Les ribosomes sont le siège de la synthèse des protéines.

Q3. Lequel d'entre eux n'est pas un eucaryote ? .
(a) Euglena (b) Anabaena (c) Spirogyra (d) Agaricus
Réponse : (b) Anabaena est une cynobactérie (procaryote).

Q4. Lequel des colorants suivants n'est pas utilisé pour la coloration des chromosomes ?
(a) Fuchsine basique (b) Salfanine
(c) Vert de méthylène (d) Carmin
Réponse : (b) La coloration à la saffanine n'est pas utilisée pour la coloration des chromosomes, tandis que la fuchsine basique, le vert de méthylène et le carmin sont utilisés pour la coloration des chromosomes.

Q5. Différentes cellules ont des tailles différentes. Disposez les cellules suivantes dans l'ordre croissant de leur taille. Choisissez la bonne option parmi les suivantes :
(i) Mycoplasme
(ii) eggsufs d'autruche
(iii) GR humains
(iv) Bactéries
(a) (i), (iv), (iii), (ii) (b) (i), (iii), (iv), (ii)
(c) (ii), (i), (iii), (iv) (d) (iii), (ii), (i), (iv)
Réponse : (a) Ordre croissant de taille :
Mycoplasmes < Bactéries < GRH humains < eggsufs d'autruche.

Q6. Laquelle des caractéristiques suivantes est commune aux procaryotes et à de nombreux eucaryotes ?
(a) Matière de chromatine présente
(b) Paroi cellulaire présente
(c) Membrane nucléaire présente
(d) Organites subcellulaires liés à la membrane présents
Réponse : (b) La paroi cellulaire est présente chez tous les procaryotes (à l'exception des mycoplasmes) et de nombreux eucaryotes (comme les plantes et les champignons).

Q7. Qui a proposé le modèle de mosaïque fluide de plasma membrane?
(a) Camillo Golgi (b) Schleiden et Schwann
(c) Chanteur et Nicolson (d) Robert Brown
Réponse : (c) Un modèle amélioré de la structure de la membrane cellulaire a été proposé par
S.J. Singer et G.L. Nicolson (1972) largement acceptés comme modèle de mosaïque fluide.

Q8. Lequel des énoncés suivants est vrai pour une cellule sécrétoire ?
(a) L'appareil de Golgi est absent.
(b) Le réticulum endoplasmique rugueux (RER) est facilement observé dans la cellule.
(c) Seul le réticulum endoplasmique lisse (SER) est présent.
(d) Les granules de sécrétion sont formés dans noyau.
Réponse : (b) RER est fréquemment observé dans les cellules activement impliquées dans la synthèse et la sécrétion des protéines. RER est bien développé dans les cellules engagées dans la synthèse des produits sécrétoires.

Q9. Qu'est-ce qu'un tonoplaste ?
(a) Membrane externe des mitochondries
(b) Membrane interne de chloroplaste
(c) Limite membranaire de la vacuole des cellules végétales
(ré) Cellule membrane d'une cellule végétale.
Réponse : (c) La vacuole est l'espace membranaire trouvé dans le cytoplasme. La vacuole est liée par une seule membrane appelée tonoplaste.

Q10. Laquelle des affirmations suivantes n'est pas vraie pour un eucaryote cellule?
(a) La paroi cellulaire est constituée de peptiquejoglycanes
(b) Il a un type de ribosome 80S présent dans le cytoplasme
(c) Les mitochondries contiennent de l'ADN circulaire
(ré) Membrane liée les organites sont présents
Réponse : (a) Chez les bactéries (procaryotes), la paroi cellulaire est constituée de peptidoglycane.

Q11. Lequel des énoncés suivants n'est pas vrai pour la membrane plasmique ?
(a) Il est présent dans les cellules végétales et animales.
(b) Le lipide est présent sous forme de bicouche dans ce. .
(c) Les protéines sont présentes intégrées ainsi que faiblement associées à la bicouche lipidique.
(d) Les glucides ne s'y trouvent jamais.
Réponse : (d) Des études chimiques ont montré que la membrane cellulaire est composée de lipides disposés en une bicouche. Plus tard, une enquête biochimique a clairement révélé que les membranes cellulaires possèdent également des protéines et des glucides.

Q12. Les plastes diffèrent de mitochondries sur la base des caractéristiques suivantes ? Marquez la bonne réponse.
(a) Présence de deux couches de membrane
(b) Présence de ribosome
(c) Présence de thylakoïdes
(d) Présence d'ADN
Réponse : (c) Les thylacoïdes sont présents dans les plastes mais pas dans les mitochondries. Les plastes et les mitochondries sont similaires en présence de deux couches de membrane, présence de ribosome et présence d'ADN.

Q13. Lequel des éléments suivants n'est pas fonction de cytosquelette dans une cellule ?
(a) Transport intracellulaire
(b) Maintien de la forme et de la structure des cellules
(c) Support de l'organite
(d) Motilité cellulaire
Réponse : (a) Le cytosquelette d'une cellule est impliqué dans de nombreuses fonctions telles que le support mécanique, la motilité, le maintien de la forme de la cellule.

Q14. La coloration utilisée pour visualiser les mitochondries est
(a) Vert rapide (b) Saffanine (c) Carmin acéto(d) Janus vert
Réponse : (d) Le colorant vert Janus est utilisé pour visualiser les mitochondries.

Questions de type à réponse très courte
Q1. Quelle est la signification de la vacuole dans une cellule végétale?
Réponse : La vacuole dans les cellules végétales aide au stockage, à l'élimination des déchets et à l'allongement et à la protection des cellules.

Q2. Que signifie « S » dans un 70S et un ribosome 80S ?
Réponse : Unité de Svedberg ou coefficient de sédimentation.

Q3. Mentionner un organite lié à une seule membrane qui est riche en enzymes hydrolytiques.
Réponse : Lysosome

Q4. Que sont les vacuoles à gaz ? Énoncez leurs fonctions. ,
Réponse : Les vacuoles de gaz sont des agrégats de structures cylindriques creuses appelées vésicules de gaz. Ils sont situés à l'intérieur de certaines bactéries. Le gonflage et le dégonflage des vésicules assurent la flottabilité, permettant à la bactérie de flotter à une profondeur souhaitée dans l'eau.

Q5. Quelle est la fonction d'un polysome ? .
Réponse : Plusieurs ribosomes peuvent s'attacher à un seul ARNm et former une chaîne appelée polyribosome ou polysome. Les ribosomes d'un polysome traduisent l'ARNm en protéines.

Q6. Quelle est la caractéristique d'un chromosome métacentrique?
Réponse : Le chromosome métacentrique a un centromère moyen (médial) formant deux bras égaux du chromosome. La forme du chromosome métacentrique est en forme de V.

Q7. Qu'appelle-t-on chromosome satellite?
Réponse : Parfois, quelques chromosomes ont des constrictions secondaires non colorantes à un emplacement constant. Cela donne l'apparence d'un petit fragment appelé le satellite ou trabant. Ces chromosomes sont appelés chromosomes sat (satellites). Le nucléole est formé par le chromosome sat.

Questions de type à réponse courte
Q1. Discutez brièvement du rôle de nucléole dans les cellules activement impliquées dans la synthèse des protéines.
Réponse : Le nucléole est un site de synthèse active d'ARN ribosomique. Des nucléoles plus gros et plus nombreux sont présents dans les cellules effectuant activement la synthèse des protéines.

Q2. Expliquer l'association des glucides à la membrane plasmique et sa signification.
Réponse : Les glucides forment des glycoprotéines et des glycolipides par glycosylation. Les glycoprotéines et les glycolipides sont des substances biochimiques impliquées dans la reconnaissance et l'adhésion cellulaires.

Q3. Commentaire sur la structure de la roue du centriole.
Réponse : Le centrosome est un organite contenant généralement deux structures cylindriques appelées centrioles. Les deux centrioles d'un centrosome sont perpendiculaires l'un à l'autre, chacun ayant une organisation semblable à la roue. Ils sont constitués de neuf fibrilles périphériques régulièrement espacées de protéine de tubuline. Chacune des fibrilles périphériques est un triplet. Les triplets adjacents sont également liés. La partie centrale de la région proximale du centriole est également protéinique et appelée moyeu.

Q4. Brièvement décrire la théorie cellulaire.
Réponse : Schleiden et Schwann ont formulé ensemble la théorie cellulaire (1838-1839). Cette théorie, cependant, n'expliquait pas comment de nouvelles cellules se formaient. Rudolf Virchow (1855) a d'abord expliqué que les cellules se divisent et que de nouvelles cellules se forment à partir de cellules préexistantes (Omnis cellula-e cellula). Il modifia l'hypothèse de Schleiden et Schwann pour donner une forme définitive à la théorie cellulaire. La théorie cellulaire telle qu'elle est comprise aujourd'hui est
(i) Tous les organismes vivants sont composés de cellules et de produits de cellules.
(ii) Toutes les cellules proviennent de cellules préexistantes.

Q5. Faites la différence entre le réticulum endoplasmique rugueux (RER) et le réticulum endoplasmique lisse (SER).
Réponse : Le RE montre souvent des ribosomes attachés à leur surface externe. Le réticulum endoplasmique portant des ribosomes à leur surface est appelé réticulum endoplasmique rugueux (RER). En l'absence de ribosomes, ils apparaissent lisses et sont appelés réticulum endoplasmique lisse (SER). Le RER est fréquemment observé dans les cellules activement impliquées dans la synthèse et la sécrétion des protéines. Ils sont étendus et continus avec la membrane externe du noyau. Le réticulum endoplasmique lisse est le site principal de synthèse des lipides. Dans les cellules animales, des hormones stéroïdiennes de type lipidique sont synthétisées en SER.

Q6. Donner la composition biochimique de plasma membrane. Comment les molécules lipidiques sont-elles disposées dans la membrane ?
Réponse : La structure détaillée de la membrane n'a été étudiée qu'après l'avènement du microscope électronique dans les années 1950. Pendant ce temps, des études chimiques sur la membrane cellulaire, en particulier dans les globules rouges humains (GR), ont permis aux scientifiques de déduire la structure possible de la membrane plasmique. Ces études ont montré que la membrane cellulaire est composée de lipides qui sont disposés en une bicouche. De plus, les lipides sont disposés à l'intérieur de la membrane avec la tête polaire vers les côtés externes et les queues hydrophobes vers la partie interne. Cela garantit que la queue non polaire des hydrocarbures saturés est protégée de l'environnement aqueux. Le composant lipidique de la membrane est principalement constitué de phosphoglycérides. Plus tard, une enquête biochimique a clairement révélé que les membranes cellulaires possèdent également des protéines et des glucides. Le rapport protéine/lipide varie considérablement selon les types cellulaires. Chez l'être humain, la membrane de l'érythrocytes contient environ 52 pour cent de protéines et 40 pour cent de lipides.

Q7. Que sont les plasmides ? Décrivez leur rôle dans les bactéries?
Réponse : En plus de l'ADN génomique (le chromosome unique/ADN circulaire), de nombreuses bactéries ont un petit ADN circulaire en dehors de l'ADN génomique. Ces petits ADN sont appelés plasmides. L'ADN plasmidique confère certains caractères phénotypiques uniques à ces bactéries. L'un de ces caractères est la résistance aux antibiotiques. Cet ADN plasmidique est utilisé pour surveiller la transformation bactérienne avec de l'ADN étranger.

Q8. Que sont les histones ? Quelles sont leurs fonctions ?
Réponse : Chez les eucaryotes, il existe un ensemble de protéines basiques chargées positivement appelées histones. Les histones sont riches en résidus d'acides aminés basiques lysines et arginines. Les deux résidus d'acides aminés portent des charges positives dans leurs chaînes latérales. Les histones sont organisées pour former une unité de huit molécules appelées octamères d'histones. L'ADN chargé négativement est enroulé autour de l'octamère d'histone chargé positivement pour former une structure appelée nucléosome. Un nucléosome typique contient 200 pb d'hélice d'ADN.

Questions de type à réponse longue
Q1. Quels attributs structurels et fonctionnels une cellule doit-elle avoir pour être appelée cellule vivante ?
Réponse : Toutes les cellules ont une membrane externe appelée membrane cellulaire. À l'intérieur de chaque cellule se trouve une structure dense liée à la membrane appelée noyau. Ce noyau contient les chromosomes qui contiennent à leur tour le matériel génétique, l'ADN. Les cellules qui ont un noyau lié à la membrane sont appelées eucaryotes, tandis que les cellules qui n'ont pas de noyau lié à la membrane sont procaryotes. Dans les cellules procaryotes et eucaryotes, une matrice semi-fluide appelée cytoplasme occupe le volume de la cellule. Le cytoplasme est la principale arène des activités cellulaires dans les cellules végétales et animales. Diverses réactions chimiques s'y produisent pour maintenir la cellule dans «l'état vivant».
Outre le noyau, les cellules eucaryotes ont d'autres structures distinctes liées à la membrane appelées organites comme le réticulum endoplasmique (RE), le complexe de Golgi, les lysosomes, les mitochondries, les raicrobodies et les vacuoles. Les cellules procaryotes sont dépourvues de tels organites liés à la membrane. Les ribosomes sont des organites non liés à la membrane que l'on trouve dans toutes les cellules, à la fois eucaryotes et procaryotes.

Q2. Brièvement donner les contributions des scientifiques suivants dans la formulation de la théorie cellulaire
une. Rudolf Virchow
b. Schielden et Schwann
Réponse : En 1838, Matthias Schleiden, un botaniste allemand, a examiné un grand nombre de plantes et a observé que toutes les plantes sont composées de différents types de cellules qui forment les tissus de la plante. À peu près à la même époque, Theodore Schwann (1839), un zoologiste britannique, a étudié différents types de cellules animales et a signalé que les cellules avaient une fine couche externe qui est aujourd'hui connue sous le nom de « membrane plasmique ». Il a également conclu, sur la base de ses études sur les tissus végétaux, que la présence de la paroi cellulaire est un caractère unique des cellules végétales. Sur la base de cela, Schwann a proposé l'hypothèse que les corps des animaux et des plantes sont composés de cellules et de produits de cellules. Schleiden et Schwann ont formulé ensemble la théorie cellulaire. Cependant, cette théorie n'expliquait pas comment les nouvelles cellules se formaient. Rudolf Virchow (1855) a d'abord expliqué que les cellules se divisent et que de nouvelles cellules se forment à partir de cellules préexistantes (Omnis cellula-e c’ellula). Il modifia l'hypothèse de Schleiden et Schwann pour donner une forme définitive à la théorie cellulaire. La théorie cellulaire telle qu'elle est comprise aujourd'hui est :
(i) tous les organismes vivants sont composés de cellules et de produits de cellules.
(ii) toutes les cellules proviennent de cellules préexistantes.

Q3. Est extra génomique DN A présent chez les procaryotes et les eucaryotes ? Si oui, indiquez leur emplacement dans les deux types d'organismes.
Réponse : Oui, ADN extra génomique présent chez les procaryotes et les eucaryotes. En plus de l'ADN génomique (le chromosome unique/ADN circulaire), de nombreuses bactéries (procaryotes) ont un petit ADN circulaire en dehors de l'ADN génomique. Ces petits ADN extra-génomiques sont appelés plasmides. L'ADN plasmidique confère certains caractères phénotypiques uniques à ces bactéries. L'un de ces caractères est la résistance aux antibiotiques. Cet ADN plasmidique est utilisé pour surveiller la transformation bactérienne avec de l'ADN étranger. Chez les eucaryotes, de l'ADN extra-génomique est présent dans deux organelles : les mitochondries et les plastes. '

Q4. La structure et la fonction sont corrélables dans les organismes vivants. Pouvez-vous justifier cela en prenant la membrane plasmique comme exemple ?
Réponse : La forme de la cellule peut varier avec la fonction qu'elles remplissent. Par exemple, les globules rouges sont ronds et biconcaves pour traverser les capillaires et transporter plus d'oz. Les globules blancs sont amiboïdes pour faire la phagocytose et la diapédèse.
La nature quasi fluide des lipides permet un mouvement latéral des protéines au sein de la bicouche globale. Cette capacité à se déplacer à l'intérieur de la membrane est mesurée par sa fluidité. La nature fluide de la membrane est également importante du point de vue de fonctions telles que la croissance cellulaire, la formation de jonctions intercellulaires, la sécrétion, l'endocytose, la division cellulaire, etc.

Q5. Les cellules eucaryotes ont des organites qui peuvent
une. ne pas être lié par une membrane
b. lié par une seule membrane
c. lié par une double membrane
Regroupez les différents organites sous-cellulaires dans ces trois catégories.
Réponse : une. Organites cellulaires non liés à la membrane : ribosome, centrosome (centriole), nucléole, structures cytosquelettiques.
b. Organites cellulaires liés à une seule membrane - ER, GB, lysosome, vacuoles, microcorps (glyoxysomes et peroxysomes), thylacoïde.
c. Organites cellulaires liés à une double membrane : plaste, mitochondrie et noyau.

Q6. Le contenu génomique du noyau est constant pour une espèce donnée alors que le extra chromosomique L'ADN s'avère variable parmi les membres d'une population. Expliquer.
Réponse : Le contenu génomique du noyau est constant pour une espèce donnée alors que l'ADN extra-chromosomique s'avère variable parmi les membres d'une population. Pour l'homme (Homo sapiens) le contenu génomique du noyau est constant, soit 46 chromosomes. Mais l'ADN supplémentaire chromosomique s'avère variable parmi les membres de la population, car différents humains ont une quantité différente d'ADN chromosomique supplémentaire dans leurs mitochondries.

Q7. Justifiez l'énoncé : « Les mitochondries sont centrales électriques de la cellule ».
Réponse : Chaque mitochondrie est une structure à double membrane avec la membrane externe et la membrane interne divisant sa lumière distinctement en deux compartiments aqueux, c'est-à-dire le compartiment externe et le compartiment interne. Le compartiment intérieur s'appelle la matrice. La membrane externe forme la limite continue de l'organite. La membrane interne forme un certain nombre de replis appelés crêtes (sing.: crista) vers la matrice. Les crêtes augmentent la surface. Les deux membranes ont leurs propres enzymes spécifiques associées à la fonction mitochondriale. Les mitochondries sont les sites de la respiration aérobie. Ils produisent de l'énergie cellulaire sous forme d'ATP, c'est pourquoi ils sont appelés « centrales électriques » de la cellule.

Q8. Existe-t-il un type de plastes spécifique à une espèce ou à une région ? Comment distinguer l'un de l'autre ?
Réponse : Oui, les plastes sont spécifiques à une espèce ou à une région. Les plastes se trouvent dans toutes les cellules végétales et dans les euglénoïdes. Ceux-ci sont facilement observables au microscope car ils sont grands. Ils portent des pigments spécifiques, conférant ainsi des couleurs spécifiques aux plantes. Sur la base du type de pigments, les plastes peuvent être classés en chloroplastes, chromoplastes et leucoplastes. Les chloroplastes contiennent des pigments chlorophylliens et caroténoïdes qui sont responsables du piégeage de l'énergie lumineuse indispensable à la photosynthèse. Dans les chromoplastes, des pigments caroténoïdes liposolubles comme le carotène, les xanthophylles et autres sont présents. Cette
donne à la partie de la plante une couleur jaune, orange ou rouge. Les leucoplastes sont des plastes incolores de formes et de tailles variées avec des nutriments stockés : les amyloplastes stockent des glucides (amidon), par exemple, les élaioplastes de pomme de terre stockent des huiles et des graisses tandis que les aleuroplastes stockent des protéines.

Q9. Écrivez les fonctions suivantes :
une. Centromère
b. Paroi cellulaire
c. RE lisse
ré. Appareil de Golgi
e. Centrioles
Réponse : une. Centromère: Chaque chromosome a essentiellement une constriction primaire ou le centromère. Deux chromatides sœurs sont réunies au centromère.
b. Paroi cellulaire : la paroi cellulaire donne non seulement forme à la cellule et la protège des dommages mécaniques et des infections, elle contribue également à l'interaction cellule à cellule et constitue une barrière contre les macromolécules indésirables.
c. RE lisse: Le réticulum endoplasmique lisse est le site principal de synthèse des lipides. Dans les cellules animales, des hormones stéroïdiennes de type lipidique sont synthétisées en SER.
ré. Appareil de Golgi: L'appareil de Golgi est le site important de formation des glycoprotéines et des glycolipides.
e. Centrioles: Les centrioles forment le corps basal des cils ou des flagelles et des fibres fusiformes qui donnent naissance à un appareil fusiforme lors de la division cellulaire dans les cellules animales.

Q10. Les différents types de plastes sont-ils interchangeables ? Si oui, donnez des exemples où ils sont convertis d'un type à un autre.
Réponse : Oui, différents types de plastes sont interchangeables.
La conversion des tomates vertes (ou piments) en forme rouge est due à la formation de chromoplastes à partir de chloroplastes. Les chromoplastes se sont également formés à partir de leucoplastes par développement de certains pigments (comme les carotènes dans la carotte).


Esprit collaboratif des HAT et HDAC

Seules l'acétylation de la lysine et les enzymes responsables sont abordées dans ce numéro spécial, mais cela ne signifie pas qu'il s'agit du seul mécanisme de régulation ni qu'un tel mécanisme agisse seul. in vivo. Pour comprendre la structure, la fonction et la régulation des HAT et des HDAC, il est très important de les considérer d'une manière dépendante du contexte cellulaire, en particulier comment ils interagissent avec d'autres régulateurs. L'interaction se produit dans au moins six mécanismes différents (figure 4). Premièrement, en plus de l'acétylation, le ??-amino d'un résidu lysine est sujet à d'autres modifications, y compris la méthylation, l'ubiquitination, la sumoylation, la propioylation et la butyrylation. L'acétylation empêcherait d'autres modifications, et vice versa. Ainsi, les HAT et les HDAC contrôlent la disponibilité d'un résidu de lysine pour d'autres modifications covalentes (figure 4a). Un tel mécanisme a été bien documenté pour la lysine 9 de l'histone H3 dans la levure à fission, où la désacétylation l'amorce pour la méthylation et la formation subséquente d'hétérochromatine (Yamada et al., 2005). La plante Hda6 joue un rôle clé dans l'organisation de l'hétérochromatine (Earley et al., 2006 Aufsatz et al., 2007). Il existe également des preuves que l'hypoacétylation est une condition préalable à la formation d'hétérochromatine et à l'extinction des gènes chez les mammifères (Zaratiegui et al., 2007). De plus, il a été démontré que l'acétylation empêche l'ubiquitination de Smad7 et la sumoylation de p300, MEF2 et autres (revue par Yang et Grégoire, 2007).

Dessins animés montrant l'interaction potentielle de l'acétylation avec d'autres modifications (une et b) et des modèles sur les rôles putatifs des ARNnc dans le ciblage des HAT et des HDAC vers des loci de chromatine spécifiques (c et ). (une) L'acétylation d'un résidu lysine (K) empêche sa méthylation, son ubiquitination, sa sumoylation ou d'autres modifications de la lysine. L'hexagone avec la lettre A fait référence à l'acétylation, et un ovale avec la lettre M est pour la méthylation. (b) L'acétylation d'un résidu lysine (K) empêche la phosphorylation d'un résidu sérine(s) adjacent(s). Un ovale avec la lettre P est pour la phosphorylation. (c) l'ARNnc recrute un complexe HAT, tel que l'ARN rox dans le Drosophile Complexe Mof, pour effectuer une acétylation spécifique à une région. () le ncRNA recrute un HDAC, tel que Hda6 par micro ARN dans Arabidopsis, pour obtenir une désacétylation spécifique au domaine du gène ou de la chromatine. Ovale gris, nucléosome Ac, ARNnc d'acétylation, ARN non codant.

Deuxièmement, l'acétylation d'un résidu lysine pourrait affecter la modification d'un résidu voisin. Comme le montre la figure 4b, l'acétylation de la lysine affecte la phosphorylation d'un résidu sérine adjacent, ce qui a été montré pour la lysine 9 et la sérine 10 de l'histone H3, ainsi que pour la sérine 10 et la lysine 11 de l'histone H2B (Ahn et al., 2006 Li et al., 2006).

Troisièmement, les HAT et les HDAC sont physiquement liés à d'autres activités catalytiques. En lien avec cela, PCAF et p300 possèdent respectivement des activités intrinsèques d'ubiquitine ligase E3 et E4 (Grossman et al., 2003 Linares et al., 2007). De plus, un O-linked N-acétylglucosamine (O-GlcNAc) transférase contient un domaine HAT (Toleman et al., 2004), alors qu'un domaine putatif de déméthylase est présent dans Elp3 (Chinenov, 2002). L'ubiquitine protéase 8 s'associe à Gcn5 dans SAGA (Baker et Grant, ce numéro). LSD1 (jeysine-specific démethylase 1) et HDAC1/2 sont présents dans un complexe multiprotéique (Humphrey et al., 2001 Shi et al., 2004 Lee et al., 2005), tandis que HDAC3 s'associe à une déméthylase Jumonji (Karagianni et Wong, 2007 ). HDAC3 interagit également avec Aurora kinase B pour obtenir une désacétylation et une phosphorylation coordonnées de l'histone H3 (Li et al., 2006). Rappelant cela, les HDAC forment des complexes avec les phosphatases (Canettieri et al., 2003 Brush et al., 2004 Zhang et al., 2005).

Quatrièmement, les HAT et les HDAC s'associent physiquement à des modules spécifiques à la modification pour des actions séquentielles avec différentes modifications. De nombreux HAT contiennent des bromodomaines pour la reconnaissance de l'acétyl-lysine (Mujtaba et al., 2007). HDAC6 possède un domaine en doigt de zinc pour la liaison à l'ubiquitine, permettant la reconnaissance et le transport de protéines ubiquitylées et contrôlant le renouvellement de la chaîne polyubiquitine (Boyault et al., 2007). Les activités de désacétylase et de liaison à l'ubiquitine de HDAC6 sont nécessaires à la gestion des protéines mal repliées (Kawaguchi et al., 2003 Iwata et al., 2005). De plus, des chromodomaines, des doigts liés à des homéodomaines végétaux (PHD) et d'autres modules spécifiques à la modification sont présents dans les complexes HAT et HDAC (examinés dans Seet et al., 2006 Kouzarides, 2007 Lee et Workman, 2007).

Cinquièmement, certaines HAT s'associent physiquement à maucoding (nc) ARN. Il est bien connu que les facteurs de transcription recrutent des HAT et des HDAC pour réaliser des actions spécifiques à une séquence. Semblable aux facteurs de transcription, l'ARNnc peut cibler les HAT et les HDAC vers des régions spécifiques de la chromatine (Figures 4c et d). Pour la compensation gène-dosage chez les mouches mâles, l'ARN rox s'associe à Mof et réalise une acétylation spécifique au chromosome de l'histone H4 au niveau de la lysine 16 (Lucchesi et al., 2005 Rea et al., 2007 Straub et Becker, 2007). À cet égard, SRA (srécepteur téroïde RN / A unectivator) fonctionne comme un coactivateur transcriptionnel et peut interagir avec les HAT (Lanz et al., 1999). Le microARN peut être impliqué dans le ciblage de la plante Hda6 pour la désacétylation des histones (Aufsatz et al., 2007). La question de savoir si les HDAC jouent un rôle dans d'autres phénomènes de silençage induits par les ARNnc, tels que l'inactivation du chromosome X, sera une question importante à aborder à l'avenir (Zaratiegui et al., 2007).

Sixièmement et enfin, différentes HAT peuvent cibler un même substrat. Par exemple, p300, PCAF et deux membres de la famille MYST acétylent p53 (Gu et Roeder, 1997 Sakaguchi et al., 1998 Liu et al., 1999 Sykes et al., 2006 Tang et al., 2006). De même, différents HDAC se lient à une même cible (Grégoire et al., 2007 et références). En lien avec cela, les inhibiteurs pan-HDAC peuvent être plus efficaces (Xu et al., 2007), un concept similaire au principe combinatoire qui sera discuté ci-dessous.


Les histones à fonction secrète exécutées dans l'évolution cellulaire compliquée

En gérant l'expression des gènes dans des cellules complexes, des octets de protéines histones ont permis de permettre la gamme explosive de la vie eucaryote. Illustration : Jason Lyon/Quanta Journal De nouveaux travaux montrent que les protéines, longtemps traitées comme des bobines ennuyeuses pour l'ADN, sont la clé de l'histoire d'origine des eucaryotes et jouent néanmoins un rôle vital dans la maladie.

La biologie moléculaire a une chose en commun avec les compétitions de cerf-volant. Sur ce dernier, tous les regards sont braqués sur les constructions colorées, élaborées, follement cinétiques s'élançant à travers le ciel. Personne ne semble être comme sur les humbles bobines ou bobines sur lesquelles les cordes du cerf-volant sont enroulées, même si les performances aériennes dépendent de l'habileté avec laquelle ces bobines sont traitées. Dans la biologie des cellules complexes, ou eucaryotes, le ballet des molécules qui transcrivent et traduisent l'ADN génomique en protéines occupe une place centrale, mais cette danse peut être inconcevable sans le travail sous-estimé des protéines histones rassemblant l'ADN en faisceaux nets et déballant simplement suffisamment de celui-ci quand on le veut.

Les histones, en tant que piliers de l'équipement de régulation des gènes, jouent un rôle dans pratiquement chaque opération des cellules eucaryotes. "Pour se compliquer, il est indispensable d'avoir une complexité du génome et de faire évoluer de nouveaux ménages de gènes, et il est indispensable d'avoir un cycle cellulaire", a défini William Martin, biologiste évolutionniste et biochimiste au Heinrich Heine College. en Allemagne. « Et qu'est-ce qu'il y a dans tout ça ? Gérer votre ADN.

Histoire originale réimprimée avec la permission de Magazine Quanta, une publication éditoriale impartiale de la Fondation Simons dont la mission est d'améliorer la compréhension du public de la science en protégeant les développements de l'analyse et les développements dans les mathématiques et les sciences du corps et de la vie.

De nouveaux travaux sur la construction et les performances des histones dans des cellules historiques faciles ont rendu encore plus claire l'importance centrale et de longue date de ces protéines dans la régulation des gènes. Il y a des milliards d'années, les cellules appelées archées utilisaient déjà des histones similaires aux nôtres pour gérer leur ADN, mais elles l'ont fait avec des règles plus souples et plus de sélection. À partir de ces similitudes et de ces variations, les chercheurs tirent de nouvelles informations, non seulement sur la façon dont les histones ont contribué à former les origines de la vie compliquée, mais aussi sur la façon dont les variantes des histones ont un effet immédiat sur notre bien-être personnel. En même temps, cependant, de nouvelles recherches sur les histones dans un groupe rare de virus compliquent les recherches sur l'origine de nos histones.

Les eucaryotes sont apparus il y a environ 2 milliards d'années, lorsqu'une bactérie qui pourrait métaboliser l'oxygène pour la vitalité a élu domicile à l'intérieur d'une cellule archéenne. Ce partenariat symbiotique était révolutionnaire car la production de vitalité à partir de cette proto-mitochondrie a soudainement rendu l'expression des gènes beaucoup plus économique sur le plan métabolique, soutient Martin. Les tout nouveaux eucaryotes ont tout à coup eu carte blanche pour développer l'échelle et la variété de leurs génomes et pour mener une myriade d'expériences évolutives, posant l'inspiration pour les nombreuses améliorations eucaryotes observées immédiatement dans la vie. "Les eucaryotes sont un équipement génétique archéen qui survit grâce au métabolisme de la vitalité bactérienne", a déclaré Martin.

Cependant, les premiers eucaryotes ont connu des douleurs croissantes au fur et à mesure que leur génome s'étendait : le plus gros génome a introduit de nouveaux problèmes découlant de la nécessité de gérer une chaîne d'ADN de plus en plus lourde. Cet ADN devait être accessible à l'équipement de la cellule pour le transcrire et le reproduire sans se faire gronder dans une boule de spaghetti désespérée.

L'ADN devait également généralement être compact, chacun pour aider à réguler la transcription et la régulation, et pour séparer les copies équivalentes d'ADN tout au long de la division cellulaire. Et l'un des risques d'un compactage imprudent est que les brins d'ADN peuvent se lier de manière irréversible collectivement si la colonne vertébrale de 1 interagit avec le sillon d'un autre, rendant l'ADN inefficace.

Les micro-organismes ont une réponse à cela qui implique un large éventail de protéines "super-enroulant" collectivement les bibliothèques d'ADN relativement restreintes des cellules. Cependant, la résolution de l'administration de l'ADN des eucaryotes consiste à utiliser des protéines histones, qui ont une nouvelle compétence pour s'enrouler autour de l'ADN plutôt que de simplement s'y coller. Les 4 histones principales des eucaryotes - H2A, H2B, H3 et H4 - s'assemblent en octamères avec deux copies de chaque. Ces octamères, appelés nucléosomes, sont les modèles essentiels de l'encapsidation de l'ADN eucaryote.

En courbant l'ADN à travers le nucléosome, les histones l'empêchent de s'agglutiner ensemble et le maintiennent utile. C'est une résolution ingénieuse, mais les eucaryotes ne l'ont pas inventée tout seuls.

Encore une fois dans les années 80, lorsque la biologiste mobile et moléculaire Kathleen Sandman était postdoctorante à l'Ohio State College, elle et son conseiller, John Reeve, ont reconnu et séquencé les principales histones identifiées dans les archées. Ils ont confirmé comment les 4 principales histones eucaryotes avaient été associées entre elles et aux histones archées. Leurs travaux ont fourni la première preuve que dans l'occasion endosymbiotique unique qui a conduit aux eucaryotes, l'hôte était plus probablement une cellule archéenne.

Cependant, ce serait une erreur téléologique de supposer que les histones archées étaient simplement prêtes pour l'arrivée des eucaryotes et la perspective d'agrandir leurs génomes. « Un certain nombre de ces premières hypothèses ont vérifié les histones grâce à leur capacité à permettre à la cellule de développer son génome. Mais cela ne vous dit pas vraiment pourquoi ils étaient là en premier lieu », a déclaré Siavash Kurdistani, biochimiste au College of California, Los Angeles.

Comme première étape vers ces solutions, Sandman s'est associé il y a plusieurs années avec la biologiste structurale Karolin Luger, qui a résolu la construction du nucléosome eucaryote en 1997. Ensemble, ils ont élaboré la structure cristallisée du nucléosome archéen, qui ils ont imprimé avec des collègues en 2017. Ils ont découvert que les nucléosomes archéens sont "étrangement comparables" dans leur construction aux nucléosomes eucaryotes, a déclaré Luger, quelles que soient les variations marquées de leurs séquences peptidiques.

Les nucléosomes archéens avaient déjà « découvert le meilleur moyen de lier et de plier l'ADN sur ce bel arc », a déclaré Luger, maintenant chercheur au Howard Hughes Medical Institute du College of Colorado, Boulder. Cependant, la distinction entre les nucléosomes eucaryotes et archéens est que la construction cristalline du nucléosome archéen semble être des assemblages plus lâches, de type Slinky, de différentes tailles.

Dans un journal en eLife publié en mars, Luger, son postdoctorant Samuel Bowerman et Jeff Wereszczynski de l'Illinois Institute of Expertise ont adopté l'article de 2017. Ils ont utilisé la cryomicroscopie électronique pour résoudre la construction du nucléosome archéen dans un état supplémentaire consultant d'une cellule de séjour. Leurs observations ont confirmé que les bâtiments des nucléosomes archéens sont beaucoup moins montés. Les nucléosomes eucaryotes sont toujours enveloppés de manière stable par environ 147 paires de bases d'ADN, et ne contiennent toujours que huit histones. (Pour les nucléosomes eucaryotes, "le mâle s'arrête à huit", a déclaré Luger.) Leurs équivalents dans les archées se situent entre 60 et 600 paires de bases. Ces "archéasomes" contiennent généralement aussi peu que trois dimères d'histones, mais les plus grands comprennent jusqu'à 15 dimères.

En outre, ils ont découvert que contrairement aux nucléosomes eucaryotes serrés, les archaeasomes de type Slinky s'ouvrent de manière stochastique, comme des coquilles. Les chercheurs ont estimé que cette association simplifiait l'expression des gènes pour les archées, car, contrairement aux eucaryotes, ils ne voulaient pas de protéines supplémentaires énergétiquement coûteuses pour aider à dérouler l'ADN des histones afin de les rendre disponibles pour la transcription.

C'est pourquoi Tobias Warnecke, qui étudie les histones archées à l'Imperial Faculty de Londres, pense qu'« il y a quelque chose de particulier qui aurait dû se produire à l'aube des eucaryotes, là où nous passons du simple fait d'avoir des histones faciles … à des nucléosomes octamériques. Ils semblent généralement faire une chose qualitativement complètement différente.

Ce que c'est, néanmoins, reste un thriller. Chez les espèces archées, il y en a « assez peu qui ont des histones, et il y a différentes espèces qui n'ont pas d'histones. Et même ceux qui ont des histones varient un peu », a déclaré Warnecke. En décembre dernier, il a imprimé un article démontrant qu'il existe diverses variantes de protéines histones avec des capacités complètement différentes. Les complexes histone-ADN varient de leur stabilité et de leur affinité pour l'ADN. Cependant, ils ne sont pas organisés de manière aussi stable ou récurrente que les nucléosomes eucaryotes.

Aussi déroutante que soit la variété des histones archéennes, elle offre une chance de saisir les méthodes potentielles complètement différentes de construction de techniques d'expression génique. C'est une chose que nous ne pouvons pas déduire de la relative « ennuyeuse » des eucaryotes, déclare Warnecke : En comprenant la combinatoire des techniques archéennes, « nous déterminerons également ce qui est particulier aux techniques eucaryotes ». Le nombre de types et de configurations d'histones complètement différents dans les archées peut nous aider à déduire ce qu'ils auraient pu faire avant que leur fonction dans la régulation des gènes ne se solidifie.

Parce que les archées sont des procaryotes relativement faciles avec de petits génomes, "Je ne suppose pas que la fonction unique des histones était de gérer l'expression des gènes, ou à tout le moins pas d'une manière à laquelle nous sommes habitués chez les eucaryotes", Warnecke a déclaré. Comme alternative, il émet l'hypothèse que les histones pourraient avoir besoin de protéger le génome des dommages.

Les archées restent généralement dans des environnements excessifs, comme des sources grésillantes et des évents volcaniques sur le fond marin, caractérisés par des températures excessives, des pressions excessives, une salinité excessive, une acidité excessive ou différentes menaces. Stabiliser leur ADN avec des histones pourrait rendre plus difficile le ramollissement des brins d'ADN dans ces circonstances excessives. Les histones peuvent également protéger les archées contre les envahisseurs, comme les phages ou les composants transposables, qui pourraient avoir plus de difficulté à se combiner dans le génome lorsqu'il est enveloppé dans les protéines.

Kurdistan est d'accord. "Au cas où vous auriez appris les archées il y a 2 milliards d'années, le compactage du génome et la régulation des gènes ne seront pas les principaux problèmes qui pourraient vous venir à l'esprit lorsque vous vous sentirez sérieux au sujet des histones", a-t-il déclaré. En fait, il a provisoirement spéculé sur deux types de sécurité chimique complètement différents dont les histones pourraient avoir besoin pour fournir les archées.

En juillet dernier, le groupe de Kurdistani a signalé que dans les nucléosomes de levure, il existe un site Web catalytique sur l'interface de deux protéines histones H3 qui peuvent se lier et réduire électrochimiquement le cuivre. Pour dévoiler l'importance évolutive de cela, Kurdistani revient sur l'énorme augmentation de l'oxygène sur Terre, l'occasion d'oxydation de Nice, qui s'est produite au cours du temps où les eucaryotes ont avancé pour la première fois il y a plus de 2 milliards d'années. De plus grandes plages d'oxygène auraient dû déclencher une oxydation mondiale de métaux comme le cuivre et le fer, qui sont vitaux pour la biochimie (bien que toxiques en plus). Une fois oxydés, les métaux seraient devenus beaucoup moins accessibles aux cellules, de sorte que toutes les cellules qui gardaient les métaux sous forme réduite auraient eu un bonus.

Au cours de l'événement d'oxydation de Nice, la possibilité de réduire le cuivre aurait été "un produit particulièrement avantageux", a déclaré Kurdistani. Cela pourrait être particulièrement attrayant pour le micro-organisme qui avait été les précurseurs des mitochondries, car la cytochrome c oxydase, la dernière enzyme de la chaîne de réactions que les mitochondries utilisent pour fournir de la vitalité, nécessite du cuivre pour fonctionner.

En raison du séjour des archées dans des environnements excessifs, ils auraient pu découvrir des méthodes pour générer et traiter le cuivre réduit sans être tué par celui-ci bien avant l'événement d'oxydation de Nice. Si tel est le cas, les proto-mitochondries pourraient avoir besoin d'hôtes archées envahis pour voler leur cuivre abaissé, suggère Kurdistani.

La spéculation est intrigante car elle pourrait expliquer pourquoi les eucaryotes sont apparus lorsque les niveaux d'oxygène ont augmenté dans l'environnement. « Il y avait 1,5 milliard d'années de vie plus tôt que cela, et aucun signal d'eucaryotes », a déclaré Kurdistani. "Donc, le concept selon lequel l'oxygène a conduit à la formation de la cellule eucaryote primaire, pour moi, doit être au centre de toutes les hypothèses qui tentent de vous expliquer pourquoi ces options se sont développées."

La conjecture de Kurdistani suggère en outre une autre spéculation sur la raison pour laquelle les génomes eucaryotes ont reçu une si grande taille. L'exercice de réduction du cuivre des histones se produit uniquement à l'interface des 2 histones H3 à l'intérieur d'un nucléosome assemblé enveloppé d'ADN. "Je pense qu'il y a une chance certaine que la cellule ait besoin d'histones supplémentaires. Et le seul moyen d'y parvenir était de développer ce répertoire d'ADN », a déclaré Kurdistani. Avec un ADN supplémentaire, les cellules pourraient envelopper des nucléosomes supplémentaires et permettre aux histones de réduire le cuivre supplémentaire, ce qui pourrait aider à faire un exercice mitochondrial supplémentaire. "Ce n'était pas simplement que les histones permettaient un ADN supplémentaire, mais un ADN supplémentaire permettait des histones supplémentaires", a-t-il déclaré.

"L'un des nombreux problèmes intéressants à ce sujet est que le cuivre pourrait être très nocif en raison de la rupture de l'ADN", a déclaré Steven Henikoff, biologiste de la chromatine et chercheur HHMI sur le Fred Hutchinson Most cancers Analysis Heart à Seattle. "Voici un endroit où vous avez fabriqué le type énergétique de cuivre, et c'est juste après l'ADN, mais il ne casse certainement pas l'ADN car, probablement, il est sous une forme étroitement emballée", il a déclaré. En enveloppant l'ADN, les nucléosomes préservent l'ADN en toute sécurité de la meilleure façon.

La spéculation explique sans doute des éléments de l'évolution de la structure du génome eucaryote, mais elle a sûrement rencontré un certain scepticisme. La question la plus importante est de savoir si les histones archéennes ont ou non la même capacité de réduction du cuivre que certains eucaryotes. Kurdistani enquête actuellement sur cette question.

L'inconvénient est que nous ne savons toujours pas exactement à quelles capacités les histones ont servi dans les archées. En outre, "le fait que vous les voyez conservés sur de longues distances signifie fortement qu'ils font quelque chose de différent et de vital", a déclaré Warnecke. « Nous voulons simplement savoir ce que c'est. »

Bien que l'équipement compliqué d'histones eucaryotes n'ait pas beaucoup changé depuis son origine il y a quelques milliards d'années, il n'a pas été complètement gelé. En 2018, un groupe sur le Fred Hutchinson La plupart des cancers Analysis Heart a rapporté ensemble de variantes d'histones rapides appelées H2A.B évolue rapidement. Le rythme des ajustements est un signal positif d'une « course aux armements » entre les gènes en lice pour la gestion sur les sources de régulation.Au départ, les chercheurs n'avaient pas clairement compris en quoi consistait la bataille génétique, mais au moyen d'une séquence d'expériences de croisement élégant chez la souris, ils ont finalement confirmé que les variantes H2A.B dictaient la survie et le développement des embryons, comme indiqué dans décembre en PLOS Biologie.

Les résultats ont montré que les variations paternelles et maternelles des variantes d'histones médient une bataille sur la meilleure façon d'attribuer les sources à la progéniture tout au long de la grossesse. Ce sont des exemples rares de gènes à effet parental - ceux qui n'ont pas d'effet immédiat sur la personne qui les porte, mais qui, au lieu de cela, ont un effet important sur la progéniture de la personne.

Les variantes H2A.B sont apparues avec les mammifères primaires, lorsque l'évolution de l'amélioration in utero a réécrit le « contrat » pour le financement parental. Les mères avaient toujours investi beaucoup de sources de leurs œufs, mais les mères de mammifères sont également devenues soudainement responsables de l'amélioration précoce de leur progéniture. Cela arrange une bataille : les gènes paternels au sein de l'embryon n'avaient rien à perdre à réclamer agressivement des sources, tandis que les gènes maternels bénéficiaient d'une modération de la charge pour épargner la maman et la laisser rester se reproduire un autre jour.

"Cette négociation reste en cours", a déclaré Harmit Malik, un enquêteur HHMI sur le Fred Hutchinson Most cancers Analysis Heart qui recherche les conflits génétiques. La manière précise dont les histones ont un effet sur l'expansion et la viabilité de la progéniture n'est pas encore tout à fait comprise, cependant Antoine Molaro, le boursier postdoctoral qui a dirigé les travaux et qui dirige maintenant son groupe d'analyse personnel sur le Collège de Clermont Auvergne en France, est l'enquêter.

Certaines variantes d'histones peuvent également déclencher des problèmes de santé. En janvier, Molaro, Malik, Henikoff et leurs collègues ont rapporté que des variants rapides des histones H2A sont impliqués dans certains cancers : plus de la moitié des lymphomes massifs diffus à cellules B sont porteurs de mutations. Différentes variantes d'histones sont liées aux maladies neurodégénératives.

Cependant, on comprend peu de choses sur la façon dont une seule copie d'une variante d'histone peut produire des résultats de maladie aussi dramatiques. La spéculation apparente est que les variantes ont un effet sur la solidité des nucléosomes et perturbent leurs capacités de signalisation, modifiant l'expression des gènes d'une manière qui modifie la physiologie cellulaire. Mais lorsque les histones peuvent agir comme des enzymes, alors Kurdistani suggère une autre chance : les variantes pourraient altérer l'exercice enzymatique à l'intérieur des cellules.

Indépendamment de la preuve vieille de plusieurs décennies de Sandman et d'autres que les histones eucaryotes ont évolué à partir des histones archéennes, certains derniers travaux intrigants ont ouvert de manière inattendue la porte à un principe alternatif sur leurs origines. En réponse à un article imprimé le 29 avril dans Biologie structurale et moléculaire de la nature, les gros virus de la famille des Marseilleviridae ont des histones virales qui pourraient être associées de manière reconnaissable aux 4 histones eucaryotes prédominantes. La seule distinction est que dans les variations virales, les histones qui s'apparient régulièrement tout au long de l'octamère (H2A avec H2B et H3 avec H4) chez les eucaryotes sont déjà fusionnées en doublets. Les bâtiments de type histones virales fusionnées pourraient être «à peu près équivalents aux nucléosomes eucaryotes canoniques», selon les auteurs de l'article.

L'équipe de Luger a publié le même jour une prépublication sur biorxiv.org sur les histones virales, montrant que dans le cytoplasme des cellules contaminées, les histones virales restent proches des "usines" qui produisent de nouvelles particules virales.

"Voici le facteur qui est vraiment convaincant", a déclaré Henikoff, qui était l'un des nombreux auteurs de la toute nouvelle Biologie structurale et moléculaire de la nature papier. « Toutes les variantes d'histone sont dérivées d'un ancêtre standard partagé entre les eucaryotes et les gros virus. Selon les normes phylogénétiques normales, il s'agit d'un groupe frère des eucaryotes.

Cela prouve de manière convaincante que cet ancêtre fréquent est l'endroit d'où proviennent les histones eucaryotes, dit-il. Un "proto-eucaryote" qui avait des doublets d'histones pourrait être l'ancêtre des grands virus et eucaryotes et aurait transmis les protéines aux différentes souches d'organismes il y a très longtemps.

Warnecke, néanmoins, est sceptique quant à l'idée de déduire des relations phylogénétiques à partir de séquences virales, qui sont notoirement mutables. Comme il l'a défini dans un courrier électronique à Quanta, des causes en dehors de l'ascendance partagée peuvent clarifier comment les histones se sont retrouvées dans chaque lignée. De plus, le concept exigerait que les doublets d'histones "non fusionnés" plus tard dans les histones H2A, H2B, H3 et H4, car il n'y a pas de doublets de ces histones dans les eucaryotes existants. "Comment et pourquoi cela a pu se produire n'est pas clair", a-t-il écrit.

Bien que Warnecke ne devrait pas être satisfait que les histones virales nous renseignent beaucoup sur l'origine des histones eucaryotes, il est fasciné par leurs capacités potentielles. Une chance est qu'ils aident à compacter l'ADN viral. Un autre concept est qu'ils pourraient éventuellement masquer l'ADN viral des défenses de l'hôte.

Les histones ont eu une myriade de rôles depuis l'aube du temps. Néanmoins, c'est en fait au sein des eucaryotes qu'ils sont devenus les pivots d'une vie compliquée et de nombreuses améliorations évolutives. C'est pourquoi Martin appelle l'histone "un bloc de construction fondamental qui ne pourrait en aucun cas comprendre son plein potentiel sans l'aide des mitochondries".

Histoire originale réimprimé avec la permission de Magazine Quanta, une publication éditoriale impartiale de la Fondation Simons dont la mission est de faire mieux comprendre la science au public en protégeant les développements de l'analyse et les développements de l'arithmétique et des sciences du corps et de la vie.


Dans l'ensemble, l'extrémité 3' des ARNm des histones canoniques consiste en une séquence conservée de 25 à 26 nucléotides, qui comprend 5 nucléotides avant la tige-boucle, la tige-boucle de 16 nucléotides et 4-5 nucléotides après la tige-boucle. Cette séquence est conservée au cours de l'évolution chez les métazoaires avec une variété de caractéristiques invariables, y compris les nucléotides dans la tige, dans la boucle et avant la tige. Il est important de noter qu'une seule protéine, la protéine de liaison tige-boucle (SLBP), se lie à cette séquence tige-boucle de 26 nucléotides et contribue à tous les aspects du métabolisme de l'ARNm des histones. Dans la SLBP, il existe un petit domaine de liaison à l'ARN (RBD) de 73 acides aminés qui ne ressemble au RBD d'aucune autre protéine de liaison à l'ARN. Ainsi, étant donné que ces ARNm canoniques d'histones n'ont pas la queue poly(A) 3' typique, ils nécessitent un ensemble distinct de facteurs pour le métabolisme et la régulation.

Les ARNm des histones ne sont présents que dans la phase S du cycle cellulaire - la partie du cycle cellulaire dans laquelle l'ADN est répliqué. Les ARNm des histones dépendant de la réplication doivent être rapidement exprimés au début de la phase S et doivent exister à des niveaux élevés tout au long de la phase S afin de fournir des histones pour emballer l'ADN nouvellement synthétisé. Ils sont détruits lorsque la phase S est terminée ou sont rapidement dégradés au cours de la phase S si la réplication de l'ADN est écourtée. Ce type de régulation nécessite également des facteurs spécialisés fabriqués spécifiquement pour ces ARNm d'histones.

Comme mentionné ci-dessus, puisqu'ils ont une extrémité 3' unique, les ARNm des histones nécessitent un ensemble différent de facteurs pour leur synthèse et leur traduction, y compris le petit ARN nucléaire U7 (snRNA) et les protéines de type Sm LSm10, LSm11 (composants de l'U7 snRNP), SLBP et SLBP-interacting protein 1 (SLIP1). De plus, certains facteurs de la machinerie métabolique impliqués dans le métabolisme de l'ARNm des histones se chevauchent avec les ARNm avec des queues poly(A). Ainsi, la régulation des ARNm des histones est assez compliquée et doit être menée de manière très efficace. De nombreux aspects de ces processus restent encore à découvrir.

En effet, c'est précisément l'intérêt du professeur William F. Marzluff et de son équipe de l'Université de Caroline du Nord. Son laboratoire, en collaboration avec le laboratoire du professeur Schümperli à l'Université de Berne, a été le premier à cloner l'ADNc de la SLBP, qui, comme mentionné ci-dessus, se lie à l'extrémité 3' de l'ARNm des histones et participe à tous les aspects du métabolisme de l'ARNm des histones. Le laboratoire du professeur Marzluff vise à comprendre comment la SLBP remplit ses multiples fonctions, comment la SLBP elle-même est régulée et comment cette régulation est liée à d'autres régulateurs du cycle cellulaire impliqués dans la régulation de l'ARNm des histones. Au fil des ans, lui et ses collègues ont étudié ces questions en utilisant des modèles de mammifères et, avec le professeur Robert Duronio, de drosophile (mouche des fruits).

SLBP chez les mammifères

Comme nous l'avons vu, les ARNm des histones sont uniques en ce qu'ils ne contiennent pas de queues poly(A). Étant donné que la queue poly(A) est le site principal de régulation de l'ARNm, comprendre comment les ARNm des histones dépourvus de queue poly(A) sont régulés est un domaine de recherche unique. Une percée clé a été le clonage de SLBP. Le professeur Marzluff et ses collègues ont utilisé un système de sélection à trois hybrides de levure développé par le professeur Marvin Wickens pour cloner des protéines de liaison à l'ARN. Ils ont cloné l'ADNc de la SLBP à partir d'humains et de grenouilles. La SLBP de mammifère est une protéine unique de 31 kD qui n'est pas liée aux autres protéines de la base de données et contient un nouveau domaine de liaison à l'ARN de 73 acides aminés. Le professeur Marzluff et son groupe ont développé des anticorps spécifiques de la SLBP clonée, ce qui leur a permis d'étudier la fonction de la SLBP. Ces avancées du professeur Marzluff et de son équipe ont ouvert la voie à une grande partie des recherches menées dans ce domaine. Ils ont démontré que la SLBP est la principale protéine qui lie l'extrémité 3' de l'ARNm des histones à la fois dans le noyau et le cytoplasme et qu'elle est nécessaire pour le traitement du pré-ARNm des histones. Ils ont également montré que la SLBP se lie à l'extrémité tige-boucle 3' de l'ARNm des histones dans les polyribosomes. Ainsi, SLBP fonctionne à la fois dans le noyau et le cytoplasme. De plus, la SLBP est étroitement régulée comme l'ARNm des histones, et la protéine SLBP n'est présente que dans la phase S, ce qui indique que la régulation de la SLBP est un élément important de la régulation de l'ARNm des histones. La découverte de la SLBP était d'une importance capitale, car, selon les mots du professeur Marzluff : « cette protéine est au cœur de tout ce qui concerne le métabolisme de l'ARNm des histones. L'un des jours les plus excitants est survenu 17 ans après la découverte de la SLBP lorsque nous avons pu voir pour la première fois la structure de la SLBP liée à l'ARN de la boucle de tige, grâce aux efforts du Dr Dhazi Wang et du professeur Liang Tong (Columbia Univ.) qui a cristallisé le complexe SLBP-ARN.'

Au-delà de la SLBP chez les mammifères

La formation d'ARNm matures nécessite le traitement de l'extrémité 3' des pré-ARNm nucléaires. La plupart des pré-ARNm subissent une étape de clivage qui est couplée à l'ajout de la queue poly(A). En revanche, comme l'a montré le groupe du professeur Marzluff, le clivage des pré-ARNm des histones dépendant de la réplication des métazoaires se produit par un mécanisme différent, qui n'est pas suivi par l'ajout d'une queue poly(A). Pour les pré-ARNm d'histone, deux éléments de séquence sont nécessaires pour le traitement, la tige-boucle et l'élément en aval d'histone (HDE), et le clivage se produit entre ces deux éléments. L'équipe visait à identifier le mystérieux facteur directement responsable du clivage des pré-ARNm des histones. Dans des études menées par le professeur Zbig Dominski, ils ont identifié une protéine connue sous le nom de CPSF-73, qui se trouve également être l'enzyme qui clive tous les autres pré-ARNm avant la polyadénylation. Cette découverte suggère fortement que les pré-ARNm des histones, ainsi que les autres pré-ARNm qui subissent un clivage/polyadénylation, utilisent la même endonucléase pendant le traitement de l'extrémité 3'. «Ce résultat signifiait qu'il y avait probablement deux complexes contenant du CPSF-73, un pour les ARNm polyadénylés et un second pour les ARNm des histones», explique le professeur Marzluff.

Cependant, le mécanisme par lequel CPSF73 est recruté dans le pré-ARNm des histones était encore inconnu. Une partie du complexe de traitement qu'ils pensaient probablement participer directement ou indirectement à ce processus est Lsm11, un composant de U7 snRNP. Pour tester cela, le professeur Marzluff et ses collègues ont étudié les protéines qui interagissent avec Lsm11 et ont découvert que la protéine FLASH interagit avec la région N-terminale de Lsm11. Auparavant, il a été démontré que FLASH se localisait à proximité des loci du gène des histones et s'était avéré nécessaire pour la progression de la phase S, suggérant qu'il pourrait jouer un rôle dans l'expression des gènes des histones. Au cours de leurs investigations, l'équipe, toujours dirigée par le professeur Dominski, a révélé que FLASH est un facteur essentiel pour le traitement de l'extrémité 3' des pré-ARNm des histones. Ils ont également démontré que ce rôle est conservé entre les vertébrés et les invertébrés. FLASH est central dans le complexe de traitement car, avec Lsm11, il recrute et/ou active CPSF-73. Il peut également jouer un rôle vital dans l'intégration de l'expression des gènes des histones avec d'autres événements cellulaires, y compris la progression du cycle cellulaire et l'apoptose. Cette découverte a été la percée qui a permis au professeur Marzluff et à son équipe d'identifier la machinerie de clivage des histones.

Le professeur Marzluff et ses collègues ont défini un sous-complexe de facteurs poly(A) qui sont nécessaires au traitement des pré-ARNm des histones. Ces facteurs sont présents dans un complexe stable et interagissent avec des facteurs de traitement spécifiques aux histones. Les résultats de cette étude suggèrent qu'il existe un facteur de clivage de base commun qui est requis pour le traitement des histones et des pré-ARNm polyadénylés.

Régulation de l'ARNm des histones chez la drosophile

En même temps que le professeur Marzluff et ses collègues étudiaient le rôle de la SLBP et d'autres régulateurs de l'ARNm des histones dans les cellules de mammifères, ils ont également étudié la fonction de ces protéines génétiquement au cours des 15 dernières années en collaboration avec le professeur Duronio, en utilisant la drosophile comme modèle. système. Pour examiner génétiquement la fonction de la SLBP, le professeur Marzluff et son équipe ont cloné le gène codant la SLBP de la drosophile (dSLBP) et isolé des mouches avec des mutants dans le gène SLBP. Ils ont découvert que chacun des gènes d'histone de drosophile possédait un site poly(A) juste après la tige-boucle d'histone, ce qui permettait aux mouches de produire de l'ARNm d'histone polyadénylé. Ces cellules étaient viables, mais les mouches ne se sont pas développées en adultes. Cette découverte a permis à l'équipe d'entreprendre de nombreuses études génétiques sur l'expression des gènes des histones.

Alors que les ARNm des histones métazoaires sont uniques parce que leurs pré-ARNm ne contiennent pas d'introns et que les ARNm possèdent une structure de boucle de tige conservée au lieu de queues poly(A), chez la drosophile, il existe des signaux poly(A) canoniques situés en aval du site de clivage normal de chaque gène des histones. Ces signaux sont utilisés lorsque la formation d'extrémité d'histone 3' est inhibée.

Les ARNm des histones sont synthétisés dans un sous-compartiment distinct du noyau, appelé corps du locus des histones (HLB), qui concentre de nombreux facteurs nécessaires à la biosynthèse des ARNm des histones. Comme mentionné ci-dessus, les protéines FLASH et U7 snRNP sont des composants de la HLB qui participent à la maturation en 3' des ARNm des histones non polyadénylées en recrutant l'endonucléase CPSF-73 dans le pré-ARNm des histones. En collaboration avec le professeur Duronio, ils ont examiné plus avant ce processus chez la drosophile en utilisant des transgènes pour compléter un mutant FLASH. Ces études ont révélé que des domaines uniques de FLASH impliqués dans la liaison U7 snRNP, le clivage des histones pré-ARNm et la localisation de HLB sont tous requis in vivo pour une fonction FLASH appropriée. De plus, la manipulation génétique de la composition de HLB à l'aide de mutations dans FLASH a révélé que des mutations dans le facteur d'assemblage HLB Mxc entraînaient une incapacité à concentrer FLASH et/ou U7 snRNP dans le HLB et altèrent le traitement des pré-ARNm des histones. Ce dysfonctionnement conduit à l'accumulation de petites quantités d'ARNm d'histone polyadénylée et de transcrits de lecture naissants au locus des histones. En fin de compte, ces résultats démontrent que HLB concentre FLASH et U7 snRNP pour soutenir une biosynthèse efficace de l'ARNm des histones et dévoiler le couplage du traitement de l'extrémité 3' avec la terminaison de la transcription.

La persévérance est nécessaire

Le professeur Marzluff et ses collègues étudient la régulation des ARNm des histones depuis le début des années 1980. Au fil des ans, comme décrit ci-dessus, ils ont fait des découvertes cruciales sur la façon dont les ARNm des histones sont régulés tout au long du cycle cellulaire. Le professeur Marzluff fait allusion au fait que ces découvertes ne sont pas venues facilement : « Nous avons été bloqués sur certaines choses pendant 20 ans avant de pouvoir les comprendre – cela encourage les gens à persévérer. » Le grand nombre d'étudiants talentueux et de stagiaires postdoctoraux qui non seulement réalisé les expériences, mais souvent fait les idées clés qui ont abouti à de nouvelles découvertes, méritent le crédit pour une grande partie du travail. En effet, leur persistance se poursuit, car son laboratoire se concentre sur tous les aspects du métabolisme de l'ARNm des histones en utilisant une combinaison d'approches biochimiques, biologiques moléculaires et génétiques.

Rencontrez le chercheur


Professeur William F. Marzluff

Professeur émérite William Rand Kenan
Département de biochimie et biophysique
Université de Caroline du Nord
Colline de la Chapelle
Etats-Unis

Le professeur William Marzluff a commencé ses recherches sur la biochimie et la régulation des gènes au cours de la dernière année de son diplôme de premier cycle à l'Université Harvard. Après cela, il a obtenu un doctorat. en 1971 de l'Université Duke pour une thèse intitulée "Species Specificity of Histone Acetylation". Après sa formation postdoctorale à l'Université Johns Hopkins, en 1974, il a occupé un poste dans la division de biochimie du département de chimie de l'Université d'État de Floride. Le professeur Marzluff a ensuite déménagé à l'Université de Caroline du Nord en 1991, où il a dirigé un programme de biologie moléculaire qui était une collaboration entre le Collège des arts et des sciences et la Faculté de médecine. Ici, il a également servi 13 ans en tant que doyen associé pour la recherche à l'École de médecine. Au cours de la formation de premier cycle, des cycles supérieurs et postdoctorale du professeur Marzluff, il était également un fervent joueur de rugby, d'abord pour l'équipe de Harvard, puis celle de Duke et enfin pour la ville de Baltimore en tant que chercheur postdoctoral.

COLLABORATEURS CLÉS

Professeur Robert Duronio, Université de Caroline du Nord, États-Unis
Dr Dhazi Wang, Université de Colombie, États-Unis
Professeur Liang Tong, Université de Colombie, États-Unis
Professeur Zbig Dominski, Université de Caroline du Nord, États-Unis