Chromatine

La chromatine est la structure au sein de laquelle l'ADN se trouve empaqueté et compacté dans le volume limité du noyau des cellules eucaryotes. La chromatine est constituée d'une association d'ADN, d'ARN et de protéines de deux types : histones et non-histones. C'est le constituant principal des chromosomes eucaryotes.
En microscopie, on distingue deux types de chromatine correspondant à des niveaux différents de compaction :
- L'euchromatine correspond à une chromatine moins condensée dans laquelle les gènes, plus accessibles, voient leur expression facilitée.
- L'hétérochromatine correspond à une chromatine plus dense avec un ADN moins facilement accessible.
Outre l'information génétique codée exclusivement sur l'ADN, la chromatine transmet également de l'information épigénétique, portée à la fois par l'ADN dont certaines bases peuvent être modifiées par méthylation, et par les histones qui sont sujettes à de nombreuses formes de modifications réversibles (méthylation, acétylation, phosphorylation, ubiquitinylation...). La combinatoire des modifications épigénétiques affectant les histones constitue un deuxième code, dit "code histones", qui contribue de façon majeure à la régulation des fonctions nucléaires. À la différence de l'information génétique, identique dans toutes les cellules d'un organisme donné, l'information épigénétique varie en fonction du type cellulaire, du niveau de différenciation des cellules et de leur avancée dans le cycle cellulaire. Comme l'information génétique portée par l'ADN, l'information épigénétique est transmissible lors de la réplication du génome et au cours des divisions cellulaires.

Historique[modifier | modifier le code]
La chromatine a été découverte vers 1880 par Walther Flemming, qui lui attribua ce nom en raison de son affinité pour les colorants1. Les histones sont découvertes peu après, en 1884 par Albrecht Kossel. Peu de progrès sont ensuite réalisés sur la structure de la chromatine jusque dans les années 1970 et les premières observations de fibres chromatiniennes en microscopie électronique, révélant l’existence du nucléosome, l’unité de base de la chromatine, dont la structure détaillée sera finalement résolue par cristallographie aux rayons X en 19972.

Fibre chromatinienne[modifier | modifier le code]


Structure du nucléosome. L'octamère d'histones est au centre, et le segment d'ADN est enroulé autour. Les extrémités N-terminales des histones dépassent à l'extérieur et sont accessibles à la surface. Image produite à partir du fichier PDB 1KX5.
L'élément de base de la chromatine est le nucléosome. Les nucléosomes sont constitués d'un segment de 146 paires de bases d'ADN enroulé autour d'un disque protéique octamère, un assemblage de 8 molécules d'histones H2A, H2B, H3 et H4. Les nucléosomes s'enchaînent sur l'ADN pour constituer une structure en collier de perles (structure rarissime dans la cellule, les nucléosomes sont en fait empilés les uns sur les autres). Avec l'addition d'histones H1, le filament nucléosomique, appelé aussi la fibre de 10 nm est à son tour compacté sous forme de fibres de 30 nm de diamètren 1,3, constituant l'unité de base de la chromatine. Cette fibre elle-même peut être plus ou moins condensée (sur-enroulée). Au niveau ultrastructurel, en microscopie électronique, on distingue l'euchromatine, peu dense, qui contient les gènes actifs et l'hétérochromatine, dense.
En début de mitose, la chromatine se condense sous forme de chromosomes.

Types de chromatine[modifier | modifier le code]
Articles détaillés : Euchromatine et Hétérochromatine.
Deux types de chromatine peuvent être distingués :
* l'euchromatine, qui consiste en ADN actif, de structure globalement décondensée permettant l'expression génique ;
* l'hétérochromatine, régions d'ADN condensé qui consiste en ADN principalement inactif. Il semble servir à des fins structurelles durant les phases chromosomiques. L'hétérochromatine peut à son tour se subdiviser en deux types :
    * l'hétérochromatine constitutive, qui n'est globalement pas exprimée. Elle est située autour des centromères et des télomères et consiste en général en des séquences répétitives ;
    * l'hétérochromatine facultative, qui contient généralement des gènes éteints. Le transcriptome de la cellule est régulé par cette structure, ainsi les cellules en stade final de différenciation (qui doivent donc exprimer un nombre de gènes restreint, assurant juste leur métabolisme et leur fonction) présentent de nombreuses régions de cette hétérochromatine facultative. L'exemple le plus fréquemment donné est l'inactivation d'un des deux chromosomes X chez les mammifères.


Influence de la structure chromatinienne sur l'expression génique[modifier | modifier le code]
Le contrôle de la structure chromatinienne est aussi un mode de contrôle de l'expression génique. En effet, l'ADN pour être exprimé doit être décompacté, un complexe de remodelage intervient donc pour désorganiser les histones afin de permettre la fixation de facteurs trans sur l'ADN et son expression.
Aussi les histones, comme l'ADN, sont soumises à des modifications chimiques régulant l'expression génique. Ces modifications ne concernent que la partie N-Terminale des histones H2A, H2B, H3 et H4, alors qu'elles concernent aussi bien l'extrémité C-Terminale que N-Terminale chez l'histone H1. Une méthylation des résidus lysine aura généralement un effet inhibiteur, réprimant l'expression du génome; alors que son acétylation couplé à une méthylation des arginines aura plutôt un effet activateur réduisant les charges positives de celle-ci et participant ainsi à sa désorganisation. On remarque en effet qu'à certains complexes de répression sont associées des activités désacétylases.

Notes et références
1. ↑ Son existence est remise en cause (Fussner, Ching et Bazett-Jones 2011)
2.
Références
1. ↑ Donald E. Olins et Ada L. Olins, « Chromatin history: our view from the bridge », Nature Reviews. Molecular Cell Biology, vol. 4, no 10,‎ octobre 2003, p. 809–814 (ISSN 1471-0072, PMID 14570061, DOI 10.1038/nrm1225, lire en ligne [archive], consulté le 23 juillet 2019)
2. ↑ Luger, Mäder, Richmond et Sargent, 1997.
3. ↑ Németh et Längst, 2004

Bibliographie
* (en) Karolin Luger, Armin W. Mäder, Robin K. Richmond, David R. Sargent et Timothy J. Richmond, « Crystal structure of the nucleosome core particle at 2.8 A resolution », Nature, vol. 389, no 6648,‎ septembre 1997, p. 251–260 (PMID 9305837, DOI 10.1038/38444)
* (en) Attila Németh et Gernot Längst, « Chromatin higher order structure: opening up chromatin for transcription », Brief. Funct. Genomic Proteomic, vol. 2, no 4,‎ 2004, p. 334-343 (PMID 15292447)
* (en) Donald E. Olins et Ada L. Olins, « Chromatin history: our view from the bridge », Nat. Rev. Mol. Cell Biol., vol. 4, no 10,‎ 2003, p. 809–814 (PMID 14570061, DOI 10.1038/nrm1225)
* (en) Igor Ya Belyaev, Yevgeny D Alipov et Mats Harms-Ringdahl, « Effects of zero magnetic field on the conformation of chromatin in human cells », Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - General Subjects, vol. 1336, no 3,‎ octobre 1997, p. 465–473 (DOI 10.1016/S0304-4165(97)00059-7, lire en ligne [archive], consulté le 21 octobre 2020)
* (en) Eden Fussner, Reagan W. Ching et David P. Bazett-Jones, « Living without 30nm chromatin fibers. », Trends Biochem Sci., vol. 36, no 1,‎ janvier 2011, p. 1-6 (PMID 20926298, DOI 10.1016/j.tibs.2010.09.002)

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Les agrégats de méningocoques coulent dans les vaisseaux sanguins comme un liquide visqueux

06 juillet 2018    RÉSULTATS SCIENTIFIQUES GÉNÉTIQUE, GÉNOMIQUE

Une collaboration entre biologistes et physiciens a permis de décrypter une étape clé de l’infection causée par le méningocoque, un pathogène humain responsable de méningites chez les nourrissons et les jeunes adultes, pathologies qui, malgré une prise en charge rapide, présentent un taux de mortalité qui reste très important. Ce travail a été publié le 17 mai 2018, dans la revue Cell.

L’infection humaine se caractérise par l’accumulation de bactéries à l’intérieur des vaisseaux sanguins qui se trouvent entièrement remplis de bactéries bien que, ni les mécanismes de formation, ni l’impact de ce processus ne soient connus. Intrigués par la formation de ces agrégats intravasculaire, le consortium de scientifiques, regroupant biologistes et physiciens, s’est attelé à comprendre cette étape de l’infection, tout particulièrement sa base physique.

Il ressort de cette étude que les agrégats bactériens formés par le méningocoque se comportent de façon inattendue, comme un liquide visqueux, avec la viscosité du miel. Les bactéries se multiplient rapidement dans les vaisseaux sous forme d’agrégats qui s’adaptent ainsi progressivement à la géométrie complexe du réseau vasculaire, comme un liquide qui s’écoule. L’étude montre que la formation de ces agrégats et leurs propriétés physiques sont essentielles pour la progression de l’infection.
Les propriétés de liquide visqueux des agrégats dépendent d’un facteur de virulence appelé pilus de type IV. Il s’agit de long filaments adhésifs et dynamiques qui s’allongent et se rétractent en permanence à la surface de la bactérie. Ces filaments permettent aux bactéries de se trouver, de se rapprocher et d’entrer en contact de façon réversible. L’agrégation est donc basée sur un processus aléatoire d’attraction entre les bactéries. Ces filaments permettent aux bactéries de se trouver, de se rapprocher et d’entrer en contact de façon réversible. L’observation montre que cette dynamique d’interaction entre bactéries voisines est aléatoire, et contribue donc de manière active à l’agitation globale des bactéries dans l’agrégat. Sur le plan physique ce processus d’interaction confère à ces agrégats des propriétés originales de fluide hors d’équilibre jusque-là non décrites. Par exemple, les bactéries à l’intérieur des agrégats présentent une motilité plus élevée que celle observée par la diffusion des bactéries isolées. Ainsi, au-delà de proposer une meilleure compréhension d’une infection humaine létale, cette étude dévoile un nouveau type de matière active basée sur la présence des forces attractives intermittentes entre ses éléments constituants.

Cette étude pluridisciplinaire a pu être réalisée grâce à une étroite collaboration entre un laboratoire spécialisé dans les infections causées par le méningocoque (G. Duménil, Institut Pasteur et INSERM) et des physiciens. La collaboration avec les équipes de Hugues Chaté (CEA, CNRS, Université Paris-Saclay), Nelly Henry (CNRS, Sorbonne Université) et Raphael Voituriez (CNRS, Sorbonne Université) a permis de coupler une approche expérimentale quantitative avec un modèle physique de matière active.

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société animale

Consulter aussi dans le dictionnaire : société
Groupement d'individus d'une espèce animale présentant une structure sociale caractéristique.

ÉTHOLOGIE
Chez les animaux sociaux, qu'il s'agisse d'insectes (abeilles, fourmis, termites, etc.) ou de mammifères (éléphants, singes, etc.), les comportements fondamentaux, liés à l'alimentation, à la reproduction et à la protection, impliquent la présence et, souvent, la participation des congénères.

PROPRIÉTÉS GÉNÉRALES
La vie sociale se structure à travers la communication entre les individus, les échanges de signaux et d'informations. À partir de ces échanges se créent puis se dénouent des liens privilégiés. Temporaires ou durables, ceux-ci unissent les individus et constituent l'ossature de la vie en société.
À l'intérieur des groupes sociaux, on peut voir émerger la diversité et la spécialisation, diversité des individus, des liens et des fonctions, spécialisation des rôles et des tâches. La spécialisation apparaît clairement dans les sociétés d'insectes qui abritent gardiens, fourrageurs, soigneurs, etc. On sait aujourd'hui cependant que chaque « spécialiste » possède une certaine souplesse comportementale lui permettant de participer à diverses tâches. On retrouve ces éléments plus ou moins fortement dans les chasses collectives de carnivores comme les lionnes, les lycaons et les loups ou, simplement, dans la contribution des membres du groupe à l'élevage des jeunes (également chez les lycaons).
La cohésion du groupe social est garantie par l'importante dépendance de l'individu à l'égard de ce groupe. Elle s'impose également dans le cas d'une menace extérieure, représentée par une autre société limitrophe et concurrente ou par les prédateurs.

LES INSECTES SOCIAUX
Parmi les arthropodes, si certaines espèces d'araignées témoignent d'une forme d'organisation sociale (coopération pour la construction des toiles, pour la capture des grosses proies et même pour le nourrissage des jeunes), les exemples de sociétés véritables sont seulement connus dans la classe des insectes : termites, fourmis, bourdons, certaines espèces d'abeilles et de guêpes ont ainsi le statut d'insectes sociaux.

LES SOCIÉTÉS DE VERTÉBRÉS
Si, chez les insectes sociaux, la reine ou le couple royal représentent, par analogie, l'appareil sexuel de la société organisée, chez les vertébrés, en revanche, tout individu adulte est un reproducteur potentiel (à l'exception des rats-taupes, rongeurs africains dont la vie sociale est organisée à la manière de celle des insectes). En outre, les structures sociales des insectes sont fermées aux étrangers, alors que celles des vertébrés se caractérisent par une certaine ouverture, rendant possibles les échanges.
Chez les oiseaux, la forme sociale la plus avancée s'observe dans la reproduction communautaire ou coopérative. Elle désigne la particularité pour des individus d'élever des jeunes qui ne constituent pas leur progéniture.

Chez les mammifères, à l'exception des loups, des gibbons et de certains rongeurs, qui sont monogames (dans ce cas, l'unité sociale est de type familial), la polygamie conduit à différentes structures sociales. Le mâle peut s'associer à plusieurs femelles pendant la période de reproduction et constituer un harem temporaire, comme chez les cerfs et les éléphants. Chez ces derniers, femelles et petits se regroupent pour constituer des structures matriarcales.
Dans d'autres espèces, les liens entre un mâle et un groupe de femelles peuvent se maintenir au-delà de la période de fécondité de ces dernières. La constitution d'un harem permanent, comme chez les babouins sacrés, entraîne alors la formation de groupes de mâles célibataires. D'autres groupes réunissent plusieurs mâles et plusieurs femelles (notamment chez les macaques). Si, de par son statut, le mâle dominant de chaque unité sociale a priorité sur toute activité sexuelle, en pratique cela s'avère rarement le cas. En outre, les liens particuliers entre individus jouent un rôle fondamental dans l'organisation des groupes.

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On a tous en nous quelque chose de Néandertal, sauf…

COMMUNIQUÉ | 09 JUIN 2017 - 11H27 | PAR INSERM (SALLE DE PRESSE)

BIOLOGIE CELLULAIRE, DÉVELOPPEMENT ET ÉVOLUTION

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Une étude menée par des chercheurs de l’Inserm au sein de l’Irset « Institut de recherche en santé, environnement et travail »[1] montre que la sélection naturelle a « purgé » de notre organisme l’essentiel des traces de nos lointains cousins Néandertal et Dénisovien dans les gènes responsables du brassage génétique indispensable à la reproduction. Les chercheurs démontrent, en effet, que les gènes exprimés au cours de la méiose dans les cellules à l’origine des gamètes sexuels sont fortement dépourvus de variations génétiques d’origine néandertalienne issues du croisement entre Homo sapiens et Homo neandertalis. Ces résultats sont publiés dans Molecular Biology and Evolution.

Une question taraude les paléontologues depuis des décennies concernant les cousins de l’Homme moderne aujourd’hui disparus, les hommes de Néandertal et de Dénisova : Quelle a été la nature des interactions entre l’Homme moderne et les autres espèces du genre Homo aujourd’hui éteintes ?
En effet, il y a des centaines de milliers d’années, les migrations humaines de l’Afrique vers les autres continents se sont succédé, ce qui a conduit à la coexistence en Eurasie d’Homo sapiens avec diverses autres espèces du genre Homo aujourd’hui disparues. En 2014, le séquençage du génome d’un Néandertalien a été rendu possible par la découverte de fragments d’os dans lesquels il restait de l’ADN. L’émergence très récente de la paléogénomique a permis d’établir que 1 à 3% du génome des Eurasiens actuels sont hérités des néandertaliens, alors que 3 à 6% du génome des Océaniens sont hérités d’un autre cousin ancestral, les dénisoviens. Les femmes et les hommes qui peuplent la planète aujourd’hui sont issus de ces nombreux métissages fondamentaux qui ont permis l’expansion des populations humaines grâce à l’acquisition de caractères favorables aux adaptations climatiques et environnementales.

Toutefois, une particularité étonnante est récemment apparue : les variations génétiques héritées des métissages avec ces espèces disparues ne sont pas réparties de manière égale sur les chromosomes. C’est ainsi que l’équipe du Pr. David Reich a démontré que ces variations génétiques « archaïques » étaient très peu présentes sur les gènes exprimés spécifiquement dans le testicule de l’Homme moderne.
D’où la question clef adressée dans leur étude par les chercheurs rennais : au sein du testicule et de l’ovaire, à quelles fonctions précises sont assignés ces gènes appauvris en variations génétiques néandertaliennes et dénisoviennes ?
C’est pour répondre à cette question que les chercheurs de l’Inserm ont comparé les gènes présents dans les différents types cellulaires du testicule (cellules de la lignée germinale, cellules de Sertoli, cellules de Leydig etc.).

Les résultats obtenus montrent que seuls les gènes exprimés spécifiquement lors du processus à l’origine du brassage génétique, appelé méiose, sont très fortement appauvris en allèles ancestraux d’origine néandertalienne et dénisovienne. Les conclusions se sont avérées identiques lors de l’étude des cellules germinales présentes dans les ovaires fœtaux humains. La méiose étant un processus unique et fondamental de la spermatogenèse et de l’oogenèse, la sélection naturelle a donc « purgé » de notre patrimoine génétique les variations génétiques qui auraient pu nuire à son bon déroulement et donc s’avérer délétères pour la perpétuation de notre espèce.

Pour Frédéric Chalmel et Bernard Jégou, les coordinateurs de cette étude, celle-ci indique que « bien que le brassage génétique entre les Hommes modernes et ces hominines disparus nous ait permis d’acquérir de nouveaux traits adaptatifs importants pour notre survie, elle a probablement eu un impact négatif sur la fertilité des premiers hybrides. C’est sûrement pourquoi, les gènes impliqués dans la méiose, un processus biologique particulièrement sensible, ont été purgés de variations génétiques archaïques. Ce travail est la première étude de paléo-fertilité et est susceptible de révéler des processus évolutifs impliqués dans certains cas d’infertilités rencontrés de nos jours ».
[1] Institut de recherche en santé, environnement et travail ; Inserm ; Ecole des hautes études en santé publique, Université de Rennes 1.

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