L'hétérochromatine de souris ressemble à une boule de ruban adhésif

Dans les génomes des cellules eucaryotes, le génome est un assemblage d’ADN et de protéines, les histones, qui constituent la chromatine. Le génome est par ailleurs spatialement séparé en domaines actifs et inactifs. La partie inactive, appelée hétérochromatine, est plus compacte que l’euchromatine, plus active, environnante. L’identité des régions hétérochromatiniennes est une signature des différents types cellulaires qui constituent les organismes multicellulaires. On pense que la compaction et la ségrégation de l'hétérochromatine et de l’euchromatine sont des propriétés importantes pour le bon fonctionnement des cellules. Cependant, les mécanismes qui sous-tendent ces processus restent relativement méconnus.

L'hétérochromatine est décorée de modifications chimiques spécifiques des histones (méthylation) et est liée par plusieurs protéines spécifiques, en particulier la protéine 1 de l'hétérochromatine (HP1). Au sein de l'hétérochromatine, HP1 peut former des liaisons et s’auto-associer pour former un réseau. Dans un tube à essai, la protéine purifiée peut former des gouttelettes de liquide par un processus appelé « Séparation de Phase Liquide-Liquide » (LLPS), semblable a des gouttelettes d’huile dans de l’eau. Cette propriété de la protéine in vitro a été proposé comme un mécanisme de formation de l’hétérochromatine. Cependant, la pertinence du modèle de LLPS dans les cellules reste à démontrer et d’autres modèles, comme la Séparation de Phase Polymère-Polymère (PPPS ou maille réticulée) pourrait s’appliquer.

Pour mieux comprendre comment l’établissement et la dynamique de l'hétérochromatine est régulée, les auteurs de l’étude se sont attachés à déterminer les propriétés physicochimiques de l'hétérochromatine dans les cellules vivantes. En particulier, Ils se sont attachés à déterminer si elle partage plutôt les propriétés d’une maille réticulée ou plutôt celle de gouttelette de liquide. Ces deux mécanismes ont en effet des caractéristiques très différentes en ce qui concerne la dynamique des échanges de molécules avec le milieu environnant.

Pour répondre à cette question, les chercheurs ont utilisé un large éventail de méthodes basées sur la microscopie. Ils ont utilisé la microscopie à super-résolution pour résoudre la structure interne de l'hétérochromatine et des expériences de photo-blanchiment pour suivre la dynamique des molécules qui entrent et sortent de l'hétérochromatine. Ils ont aussi utilisé la spectroscopie de corrélation de fluorescence pour mesurer la dynamique des molécules HP1 dans l'hétérochromatine et l’euchromatine.

Ces expériences suggèrent que l'hétérochromatine n'est que modérément compactée, qu’elle baigne dans le même liquide que l’euchromatine et qu’elle est facilement accessible par des facteurs solubles. Par ailleurs, elle a une viscosité similaire à celle de l’euchromatine. Bien que l'hétérochromatine soit compactée en présence de HP1, elle le reste en absence de HP1 et elle se décompacte brusquement lorsqu'un puissant activateur transcriptionnel est ajouté.

Ces résultats indiquent que l'hétérochromatine ressemble, dans les cellules vivantes, à une maille collante plutôt qu'à des gouttelettes de liquide. L'hétérochromatine, contrairement à l’image répandue d’un réseau dense, ressemble donc plutôt à une boule de ruban adhésif enroulée sur elle-même. Les états de compactage observés ici pourraient représenter les deux états de repliement fondamentaux de la chromatine.

Pour en savoir plus :
Mouse Heterochromatin Adopts Digital Compaction States without Showing Hallmarks of HP1-Driven Liquid-Liquid Phase Separation.
Erdel F, Rademacher A, Vlijm R, Tünnermann J, Frank L, Weinmann R, Schweigert E, Yserentant K, Hummert J, Bauer C, Schumacher S, Al Alwash A, Normand C, Herten DP, Engelhardt J, Rippe K.
Mol Cell. 2020 Feb 21. pii: S1097-2765(20)30075-7. doi: 10.1016/j.molcel.2020.02.005.