Aperçu

Les eucaryotes ont de grands génomes par rapport aux procaryotes. Afin d’insérer leurs génomes dans une cellule, les eucaryotes doivent fortement compacter leur ADN à l’intérieur du noyau. Pour ce faire, l’ADN est enroulé autour de protéines appelées histones pour former des nucléosomes, l’unité principale de la compaction de l’ADN. Les nucléosomes s’enroulent ensuite en fibres compactes connues sous nom de chromatine.

Vous avez assez d'ADN pour l'étirer jusqu'au soleil et le ramener des centaines de fois

La plupart des cellules du corps humain contiennent environ 3 milliards de paires de bases d’ADN empaquetées dans 23 paires de chromosomes. Il est difficile d’imaginer exactement combien d’ADN ces chiffres représentent. À quel point faut-il le compacter pour faire entrer le génome dans une cellule ?

Nous pouvons obtenir un aperçu en exprimant le génome en termes de longueur. Si l'on disposait l'ADN d'une seule cellule humaine, comme une cellule de la peau, en ligne droite, elle mesurerait deux mètres de long. Le corps humain contient environ 50 billions de cellules humaines. Cela signifie que chaque personne a un total d’environ 100 billions de mètres d’ADN. En d’autres termes, chaque personne a assez d’ADN pour l’étendre de la Terre au Soleil 300 fois !

Et les humains n’ont pas de génomes particulièrement grands ; ceux de nombreux poissons, amphibiens et plantes à fleurs sont beaucoup plus grands. Par exemple, le génome de la plante à fleurs Paris japonica est 25 fois plus grand que le génome diploïde humain. Ces chiffres soulignent la tâche étonnante que les eucaryotes doivent accomplir pour compacter leur ADN à l’intérieur des cellules.

Les nucléosomes sont des acteurs centraux dans la compaction de l’ADN

Chaque nucléosome se compose d’ADN enroulé autour d’un noyau de huit protéines histones. Chaque noyau est composé de quatre types différents d’histones — H2A, H2B, H3 et H4 — qui sont chacun présents en deux copies. Un autre type d’histone — H1 — se lie à la fois au nucléosome et à l’ADN lieur, stabilisant la structure.

L’ADN devient plus compact à mesure que les nucléosomes et l’ADN lieur s’enroulent en fibres de chromatine. Les fibres de chromatine non condensées, ou euchromatine, mesurent environ 10 nm de diamètre. Les nucléosomes ressemblent à des perles sur une chaîne dans ces fibres. Comme l’ADN continue de se condenser, les fibres de 10 nm s’enroulent en brins mesurant environ 30 nm d’épaisseur qui, à leur tour, forment des boucles faisant des fibres de 300 nm d’épaisseur. Lorsque la chromatine est entièrement compactée, elle est connue sous le nom d’hétérochromatine.

La structure peu compacte de l'euchromatine permet aux enzymes, telles que l’ARN polymérase, d'accéder à l'ADN. La transcription a donc tendance à se produire principalement dans les régions euchromatiques du génome, qui sont riches en gènes. En revanche, la structure serrée de l’hétérochromatine bloque l’accès à l’ADN, empêchant la transcription. L’hétérochromatine prédomine dans les centromères et les télomères des chromosomes, où les séquences d’ADN très répétitives sont beaucoup plus fréquentes que les gènes. En outre, les organismes peuvent ajuster dynamiquement le niveau de compaction de l’ADN en réponse aux signaux environnementaux cellulaires et externes, en dé-condensant l’ADN lorsque les gènes doivent être activés, et en le re-condensant pour les désactiver.