Structure de haute résolution du complexe nucleosome-H1 et son interaction avec le facteur de transcription Sox6

Comprendre la structure et l’organisation de la chromatine est une question fondamentale dans le domaine de la regulation de l’expression des genes. La cristallographie par rayons-X et d’autres techniques biophysiques on permit de comprendre la structure du nucleosomeavec une precision quasi atomique. Malgre de nombreuses etudes, les donnees structurelles au dela de la particule de cœur nucleosomale (NCP) demeurent imprecises. Au cours des dernieres decennies plusieurs tentatives ont ete faites pour montrer comment l’histone de liaisonH1 interagit avec les particules nucleosomales pour les condenser en fibre de chromatine. Ces etudes ont mene a differents modele decrivant la position de l’histone de liaisonH1 sur la chromatine. De recentes avancees sur l’histone de liaisonH1 suggerent que le domaine globulaire de H1 (GH1) et la partie C-terminale interagit avec la dyade du nucleosomeet les 2 bouts d’ADN de liaison(modele a 3 contacts) qui sont contraintes de former une structure en tige. Cependant, la conformation et la position precise de l’histone de liaisonH1 reste inconnues et la controverse a ce sujet persiste.Dans cette etude, nous avons determine la structure tridimensionnelle de nucleosomescontenant H1 par des techniques de cryo-microscopie electronique (cryo-EM) et de diffraction aux rayons-X dans des cristaux. Nous avons utilise le chaperons d’histone, NAP1, pour deposer l’histone de liaisonH1 sur les nucleosomesreconstitue a partir des histones de cœur recombinant et la sequence d’ADN positionnante 601 de 197 paires de bases (dite de Widom). Nos resultats de cryo-EM montrent que l’association de H1 compacte le nucleosomeen reduisant la mobilite des ADNs et stabilisant ainsi les contacts entre les nucleotides precedant la sortie NCP et l’octamer d’histones. Nos resultats par diffusion de rayon-x dans des cristaux a une resolution de 7A montrent que la partie globulaire de H1 (GH1) est situee sur la dyade et interagie simultanement avec les petits sillons de l’ADN a la dyade et les ADN de liaisona l’entree et a la sortie du nucleosome. Les parties N- et C-terminales de H1 sont orientees vers l’exterieur du cœur du nucleosomea travers les differents ADN de liaison. Nous avons valide l’orientation de GH1 par des experiences de pontages ADN-proteine, apres substitutions de cysteine par mutagenese dirigee, empreinte par radicaux hydroxyles et « amarrage moleculaire ». Nos resultats revelent l’effet de H1 sur la dynamique du nucleosomeet apporte une vision detaille de la conformation du « stem du nucleosome» lors de l’incorporation de H1.Nous avons egalement etudie l’association specifique du facteur de transcription Sox6 a ces de reconnaissance consensus present a l’interieur du nucleosome, associe ou non avec l’histone de liaisonH1 par une empreinte biphotonique avec laser UV. Nos resultats montrent que le domaine HMG de Sox6 se fixe specifiquement sur son motif consensus situe profondement a l’interieur du nucleosomea l’exception sur la dyade. Cette association n’est pas influencee par la « fermeture » des ADN de liaisonavec l’histone H1 demontrant l’existence d’un autre facon de reconnaissance que le modele de Widom bases sur fluctuations thermodynamiques des ADN de liaison. Le resultat que Sox6 est capable de surmonter la barriere nucleosomale (avec ou sans H1) suggere fortement que les facteurs de transcription de la famille Sox, de domaine de liaisonde type HMG, jouent le role de facteurs « pionnier » dans la regulation de la transcription et en particulier dans l’initiation de la differentiation.