4. Contrôle de l’expression génique chez les eucaryotes

Question 1

Décrivez la structure et la composition du nucléosome, ainsi que son rôle dans la compaction de l’ADN. (RAPPEL)

Answer 1

Le nucléosome est l’unité de base de la chromatine, constitué d’un octamère d’histones (2 copies de chaque histone : H2A, H2B, H3 et H4) autour duquel l’ADN s’enroule (chez la levure:
146pb/1.65 tour et ≈ 54 pb entre chaque octamère)

L’histone H1 joue un rôle de stabilisation en reliant l’ADN entre les nucléosomes, appelé « linker DNA ».

Les histones, riches en lysines et arginines chargées positivement (basiques), interagissent avec l’ADN, chargé négativement, grâce à des interactions électrostatiques.

Cette structure permet de compacter l’ADN tout en le rendant modulable pour les processus biologiques comme la réplication et la transcription.

Question 2

Quels sont les niveaux de stabilité des sous-unités d’un octamère d’histones, et pourquoi ? (RAPPEL)

Answer 2

L’octamère d’histones est formé d’un tétramère central H3-H4, qui est très stable, et de deux dimères périphériques H2A-H2B, plus mobiles et susceptibles de se dissocier facilement. Cette mobilité des dimères H2A-H2B permet de réguler l’accessibilité de l’ADN aux enzymes et protéines impliquées dans la transcription ou la réparation.

Question 3

Comparez l’euchromatine et l’hétérochromatine en termes de structure et de fonction. (RAPPEL)

Answer 3

Euchromatine : Décondensée, transcriptionnellement active, permettant l’accès aux facteurs de transcription. Elle contient des régions exprimées ou potentiellement exprimables.

Hétérochromatine : Condensée, transcriptionnellement inactive, constituée de régions peu ou pas exprimées. Elle se divise en deux types :
- Constitutive : Toujours condensée (ex. : séquences répétées près des centromères).
- Facultative : Condensée de façon réversible selon les besoins cellulaires ou le stade de développement.

Question 4

Pourquoi la structure de la chromatine joue-t-elle un rôle clé dans la régulation de l’expression génique ? (RAPPEL)

Answer 4

L’état de condensation de la chromatine détermine l’accessibilité de l’ADN aux facteurs de transcription et aux enzymes. Dans l’euchromatine, l’ADN est accessible, favorisant la transcription, tandis que dans l’hétérochromatine, l’enroulement dense limite l’accès, rendant ces régions silencieuses sur le plan transcriptionnel.

• La chromatine décondensée n’est pas nécessairement toute transcrite.

Question 5

Expliquez l’organisation tridimensionnelle de l’octamère d’histones et son rôle dans la structure de la chromatine. (RAPPEL)

Answer 5

L’octamère d’histones est composé d’un tétramère H3-H4 au centre, associé à deux dimères H2A-H2B.

L’interaction entre les histones et l’ADN est principalement stabilisée par les charges opposées des histones (chargées positivement grâce à leurs résidus lysine et arginine) et de l’ADN (chargé négativement).

Cette organisation favorise la compaction de l’ADN et forme la base de la fibre de chromatine.

L’arrangement en « collier de perles » est visible en microscopie électronique, où chaque perle correspond à un nucléosome et les espaces entre eux sont constitués de linker DNA.

(sowy c’est long mais c’est juste un rappel)

Question 6

Qu’est-ce que le corpuscule de Barr ? (pas important)

Answer 6

C’est le chromosome X inactif chez les femelles (XX), visible sous forme de hétérochromatine condensée à l’interphase.

Question 7

Pourquoi le chromosome X est-il inactivé chez les femelles ? L’inactivation du chromosome X est-elle aléatoire ? (pas important)

Answer 7

Pour éviter une double dose d’expression des gènes présents sur le chromosome X.

Oui, dans chaque cellule de l’embryon, l’inactivation est aléatoire entre le chromosome X paternel et maternel.

Question 8

Pourquoi les chats calico présentent-ils des taches de différentes couleurs ? Pourquoi ce sont presque toujours des femelles ? (pas important)

Answer 8

La coloration est liée à l’inactivation aléatoire du chromosome X portant les allèles responsables de la couleur orange ou noire.

Parce qu’ils nécessitent deux chromosomes X pour exprimer ce phénomène ; les mâles exceptionnels sont XXY (syndrome de Klinefelter).

Question 9

Où trouve-t-on les chromosomes polytènes et quelle est leur particularité ? Que sont les « puffs » sur les chromosomes polytènes ? (pas important)

Answer 9

On les trouve dans les glandes salivaires de certains insectes (ex. : Drosophile). Ils résultent de plusieurs réplications sans division cellulaire, formant des chromatides épaisses.

Ce sont des régions décondensées correspondant à des zones actives de transcription. On peut observer l’activité transcriptionnelle des « puffs » par hybridation in situ avec un anticorps anti-ARN polymérase.

Question 10

Où observe-t-on les chromosomes en goupillon ? (pas important)

Answer 10

Chromosome en goupillon (lampbrush), observés dans les oocytes de la plupart des animaux (excepté mammifères), où l’on distingue facilement des boucles d’ADN.

Question 11

Quelle est la relation entre les boucles de chromatine et la transcription ? (pas important)

Answer 11

Les boucles sont des régions décondensées et actives en transcription, tandis que le reste du chromosome est condensé et inactif.

Question 12

Qu’est-ce que la chromatine active par rapport à l’ADN et comment cela affecte-t-il la transcription ?

Answer 12

La chromatine active est caractérisée par de l’ADN sous forme de chromatine décondensée, ce qui permet aux protéines de transcription d’avoir un meilleur accès aux gènes, facilitant ainsi leur transcription.

Question 13

Comment la sensibilité à la DNase I est-elle utilisée pour identifier les régions de chromatine active ?

Answer 13

Les régions de chromatine plus facilement digérées par la DNase I indiquent une accessibilité accrue de l’ADN, suggérant une activité transcriptionnelle potentielle.

Ces régions sont souvent analysées par Southern Blot pour déterminer leur localisation et fonction.

Question 14

Quel est ce qu’une hybridation Southern ? (pas important)

Answer 14

• Objectif : Quantifier un fragment d’ADN spécifique.
• Une sonde d’ADN complémentaire marquée (radioactivement ou autre).
• Étape critique pour hybrider la sonde : La dénaturation pour permettre l’appariement des bases complémentaires.

Question 15

Comment les sites hypersensibles à la DNase I sont-ils liés à la régulation génique ?

Answer 15

Les sites hypersensibles à la DNase I sont souvent dépourvus de nucléosomes et présentent une activité transcriptionnelle accrue due à l’accès facilité des facteurs de transcription au promoteur du gène.

Question 16

Comment les régions hypersensibles à la DNAse I sont-elles marquées et identifiées ? (pas important)

Answer 16

• Marquées par ligation d’un linker biotinylé après traitement à la DNAse I. Ensuite, l’ADN biotinylé est purifié, séquencé (haut débit) et aligné au génome pour l’identifier.
• Avantage de cette technique : Identifier toutes les régions sensibles à la DNAse dans un génome en une seule expérience.

Question 17

Quelle est la fonction du formaldéhyde dans le pontage ADN-protéine ? (pas important)

Answer 17

• Former des liaisons covalentes réversibles entre l’ADN/chromatine et les protéines associées.
• Le pontage au formaldéhyde se rompt par incubation à 65 °C.
• But de cette méthode : quantifier les interactions entre protéines et séquences spécifiques d’ADN.

Question 18

En quoi consiste la technique de Chromatin-Immunoprecipitation (ChIP) ?

Answer 18

La ChIP permet d’identifier les régions d’ADN qui interagissent avec des protéines spécifiques. Après fixation des protéines à l’ADN, la chromatine est fragmentée et les complexes protéine-ADN sont isolés. L’ADN associé est ensuite analysé pour identifier les régions de liaison des protéines d’intérêt.

Question 19

Expliquez le lien entre la sensibilité à la DNAse I et la liaison des facteurs de transcription, comme illustré pour le gène IML1. (pas important)

Answer 19

La sensibilité à la DNAse I indique une région de chromatine ouverte, souvent associée à des sites de liaison pour des facteurs de transcription. Dans l’exemple du gène IML1, les régions sensibles à la DNAse I correspondent aux sites de liaison des facteurs Abf1 et Cbf1, confirmés par des expériences de ChIP.

Question 20

En quoi la position des amorces A et B influence-t-elle les résultats de qPCR après ChIP ? (pas important)

Answer 20

La position des amorces A et B détermine les régions amplifiées par la qPCR. Les amorces situées dans des régions plus enrichies en ADN lié à Abf1 (comme la région cible d’A) donneront un signal à un nombre de cycles plus faible, car elles amplifient plus efficacement le fragment ciblé. En revanche, les amorces B, situées dans une région moins enrichie, nécessiteront plus de cycles pour obtenir un signal détectable.

Question 21

Pourquoi la paire d’amorces B génère-t-elle un signal à un nombre de cycles plus élevé que la paire d’amorces A dans un ChIP Abf1 ? (pas important)

Answer 21

La région ciblée par les amorces B est moins enrichie en ADN lié à Abf1, car elle est plus éloignée du site de liaison principal d’Abf1. Cela reflète une moindre accessibilité de cette région ou une absence relative de fixation d’Abf1.

Question 22

Qu’est-ce qu’un Locus Control Region (LCR) et comment influence-t-il l’expression génique ?

Answer 22

Un Locus Control Region (LCR) est une région de l’ADN qui régule l’expression de plusieurs gènes situés à proximité ou même à distance dans un locus spécifique.

Le LCR contient des sites hypersensibles à la DNase I qui facilitent l’accès à l’ADN par les facteurs de transcription et les coactivateurs, formant des boucles avec les promoteurs des gènes qu’il régule, agissant souvent comme un super-enhancer pour coordonner l’expression génique sur de grandes distances.

Question 23

Comment les sites hypersensibles à la DNase I révèlent-ils l’activité transcriptionnelle dans les LCR ?

Answer 23

Les sites hypersensibles à la DNase I indiquent des régions de la chromatine qui sont moins denses en nucléosomes et donc plus accessibles.

Cette accessibilité accrue permet une liaison plus facile des facteurs de transcription et des complexes de remodelage de la chromatine, ce qui est essentiel pour l’initiation et la régulation de la transcription à ces sites.

Dans le cas des gènes de la globine, certains de ces sites sont localisés à des distances considérables du gène qu’ils régulent, démontrant ainsi leur capacité à influencer l’expression génique de manière distale.

Question 24

Quel est l’effet global de la chromatine et des nucléosomes sur la transcription ?

Answer 24

La chromatine et les nucléosomes agissent principalement comme des inhibiteurs de la transcription en rendant l’ADN moins accessible aux facteurs de transcription.

Question 25

Comment les complexes de remodelage de la chromatine facilitent-ils la transcription ?

Answer 25

Ces complexes utilisent l'énergie produite par l'hydrolyse de l'ATP pour déplacer ou éjecter les nucléosomes, rendant ainsi l'ADN accessible aux facteurs de transcription nécessaires à l'initiation du processus transcriptionnel.

Question 26

Quels mécanismes régulent l'activité des complexes de remodelage de la chromatine ?

Answer 26

L'activité de ces complexes est régulée par des facteurs de liaison à l'ADN et par des modifications post-traductionnelles des histones, telles que l'acétylation et la méthylation, qui peuvent influencer leur recrutement et leur fonction.

Question 27

Quelles sont les quatre principales familles de complexes de remodelage de la chromatine et quels domaines communs possèdent-elles ?

Answer 27

Les 4 familles principales sont **SWI/SNF, ISWI, CHD et INO80**. Elles partagent des propriétés communes telles que l'affinité pour les nucléosomes et les histones, des domaines protéiques reconnaissant les histones modifiées comme les bromodomaines (pour les lysines acétylées) et les chromodomaines (pour les lysines méthylées), ainsi qu'un domaine ATPase qui modifie les contacts entre les histones et l'ADN.

Question 28

Comment les complexes de remodelage de la chromatine influencent-ils l'expression génique ?

Answer 28

Ces complexes modifient la structure de la chromatine en **déplaçant, éjectant ou restructurant** les nucléosomes. Cela modifie l'accessibilité de l'ADN aux facteurs de transcription et autres protéines régulatrices, facilitant ou inhibant l'expression génique. Leur activité est essentielle pour la régulation de gènes spécifiques, souvent en réponse à des signaux cellulaires ou environnementaux.

Question 29

Quel rôle jouent les domaines spécifiques tels que les bromodomaines et les chromodomaines dans la fonction des complexes de remodelage de la chromatine ?

Answer 29

Les **bromodomaines** et les **chromodomaines** permettent aux complexes de remodelage de la chromatine de reconnaître et de se lier spécifiquement aux histones qui ont subi des modifications post-traductionnelles. Cela permet de cibler ces complexes à des régions spécifiques de la chromatine où des modifications d'acétylation ou de méthylation des histones ont eu lieu, influençant ainsi directement le recrutement et l'activité de ces complexes à des sites régulateurs clés comme les enhancers.

Question 30

Comment les complexes de remodelage de la chromatine influencent-ils la position des nucléosomes le long de l'ADN ?

Answer 30

Les complexes de remodelage de la chromatine, dépendants de l'ATP, peuvent glisser les nucléosomes le long de l'ADN, changer l'espacement entre eux, ou même les éjecter. Ces modifications permettent d'exposer des séquences d'ADN précédemment cachées, facilitant ainsi l'accès des facteurs de transcription à ces régions pour initier la transcription.

Question 31

Vrai ou Faux ? Les complexes de remodelage de la chromatine agissent toujours comme activateurs de la transcription.

Answer 31

Faux. Les complexes de remodelage de la chromatine **ne sont pas toujours activateurs** de la transcription. Bien qu'ils puissent rendre l'ADN plus accessible en déplaçant les nucléosomes, **ils peuvent également réduire l'accessibilité de l'ADN** en "encastrant" des séquences spécifiques à l'intérieur des nucléosomes, diminuant ainsi l'accès aux sites de liaison pour les facteurs de transcription et autres protéines régulatrices.

Question 32

Comment se produit le glissement des nucléosomes et quel est son impact sur l’accessibilité de l’ADN ? (pas important)

Answer 32

Le glissement des nucléosomes peut se produire passivement, grâce à un mouvement spontané des nucléosomes qui libère 10 à 20 bases d'ADN à l'entrée ou à la sortie du nucléosome, ou activement sous l’influence de complexes de remodelage. Ce processus améliore l'accessibilité de l’ADN pour les facteurs de transcription, facilitant ainsi la régulation génique. Les complexes de remodelage stabilisent ces événements, augmentant leur fréquence.

Question 33

Quel est l'effet de l'éjection des nucléosomes par certains complexes de remodelage ?

Answer 33

Des complexes comme **SWI/SNF** et certains complexes **ISWI** peuvent éjecter des dimères d'histones ou même des octamères entiers d'histones. Cette éjection peut entraîner la dissociation complète du nucléosome, rendant ainsi des régions de l'ADN totalement accessibles, ce qui est particulièrement important pour les zones régulatrices telles que les enhancers.

Question 34

Quelles sont les conséquences de l'accessibilité accrue de l'ADN causée par le remodelage de la chromatine ?

Answer 34

Lorsque les nucléosomes sont déplacés ou éjectés, les sites de l'ADN deviennent hypersensibles à la DNase, ce qui est un indicateur de leur accessibilité accrue. Cela permet non seulement une liaison plus facile des facteurs de transcription mais aussi peut influencer la régulation globale de l'expression des gènes, facilitant ainsi les réponses adaptatives de la cellule aux changements environnementaux ou aux signaux de développement.

Question 35

Quel est le rôle des complexes de remodelage de la chromatine dans le remplacement des histones ?

Answer 35

Les complexes de remodelage de la chromatine, comme le complexe SWR1, jouent un rôle crucial en remplaçant les histones standard par des variantes d'histones. Ce processus modifie la structure de la chromatine, rendant l'ADN plus ou moins accessible à la machinerie transcriptionnelle et influençant ainsi l'expression génique.

Question 36

Comment le remplacement de l'histone H2A par le variant H2AZ affecte-t-il la transcription ?

Answer 36

Le remplacement de H2A par H2AZ dans un promoteur, via l'action du remodelage chromatinien par SWR1, peut augmenter les niveaux de transcription. Le variant H2AZ est associé à une chromatine plus ouverte, ce qui facilite l'accès des facteurs de transcription et potentiellement augmente l'activité transcriptionnelle.

Question 37

Pourquoi est-il important que des variants spécifiques d'histones soient incorporés dans certaines régions de l'ADN ?

Answer 37

L'incorporation de variants d'histones comme H2AZ modifie les propriétés physiques et chimiques des nucléosomes, affectant leur stabilité et leur interaction avec d'autres protéines régulatrices. Cela permet une régulation fine de l'expression génique, essentielle pour la réponse adaptative des cellules aux signaux internes et externes.

Question 38

Vous suspectez qu’un remodeleur de la chromatine agit sur une région d’ADN d’intérêt soit en enlevant un nucléosome ou en remplaçant les histones d’un nucléosome. Vous avez sous la main en laboratoire une lignée cellulaire dans laquelle le remodeleur en question est inactivé--KO (et une lignée contrôle dans laquelle le remodeleur est actif--WT). Comment pourriez-vous tester si effectivement le remodeleur de la chromatine agit sur la région d’intérêt, et par quel mécanisme ?

Answer 38

1. Faire un essai à la DNAseI dans la lignée WT et KO: on s’attends à une plus grande sensibilité à la DNAseI dans la lignée WT que la lignée KO si le scénario A est favorisé. 2. Faire un ChIP suivi d’un qPCR pour le variant d’histone en question et le gène d’intérêt. Le signal devrait être plus fort dans le WT que KO si le scénario B est favorisé.

Question 39

Quels sont les différents mécanismes par lesquels les complexes de remodelage de la chromatine peuvent modifier la structure de la chromatine ?

Answer 39

- Glisser les nucléosomes le long de l'ADN pour exposer ou masquer des séquences spécifiques (sliding). - Éjecter dimères H2A-H2B ou l'octamèe complet d'histones, augmentant ainsi l'accessibilité de l'ADN (ejection). - Remplacer des dimères d'histones standards H2A-H2B par des variantes d'histones, comme H2AZ, ce qui peut affecter la stabilité et la fonction des nucléosomes (H2A-H2B dimer replacement).

Question 40

Comment la déstabilisation temporaire des nucléosomes par éjection partielle d'histones affecte-t-elle l'accessibilité de l'ADN ?

Answer 40

L'éjection temporaire de dimères d'histones H2A-H2B peut laisser l'ADN sous-jacent plus exposé et donc plus accessible, bien que cette configuration soit instable à long terme. Cela peut favoriser un accès temporaire pour la machinerie transcriptionnelle ou d'autres protéines régulatrices.

Question 41

Quelles sont les principales modifications post-traductionnelles des histones et comment influencent-elles la structure de la chromatine ?

Answer 41

Les histones peuvent subir diverses modifications, telles que la phosphorylation, l'acétylation, la méthylation, et l'ubiquitination. Ces modifications se produisent principalement, mais pas exclusivement, sur les **extrémités N-terminales** flexibles des histones et peuvent : - Affecter l'interaction entre les nucléosomes et entre l'histone et l'ADN, modifiant ainsi la compacité de la chromatine. - Servir de signaux pour le recrutement de protéines spécifiques qui reconnaissent ces modifications et modulent l'expression génique.

Question 42

En quoi les modifications épigénétiques des histones sont-elles importantes pour la régulation génique ?

Answer 42

Les modifications épigénétiques des histones, comme l'acétylation et la méthylation, modifient la structure de la chromatine sans altérer la séquence de l'ADN, influençant l'activité des gènes. Réversibles et transmissibles, elles permettent une régulation adaptative de l'expression génique en réponse à l'environnement.

Question 43

Comment la spectrométrie de masse est-elle utilisée pour identifier les modifications post-traductionnelles des histones ? (pas important)

Answer 43

Les modifications post-traductionnelles des histones sont identifiées en purifiant les histones, en les digérant par trypsine, puis en analysant les peptides par spectrométrie de masse. Les rapports masse/charge (m/z) distincts permettent de détecter, par exemple, la méthylation de la lysine 4 de l’histone H3 : monométhylation (m/z 718.43), diméthylation (m/z 732.44) et triméthylation (m/z 746.46), chaque groupe méthyle ajoutant 14 daltons.

Question 44

Comment l'acétylation des lysines sur les histones affecte-t-elle la structure de la chromatine ?

Answer 44

L'acétylation des lysines des histones neutralise leurs charges positives, réduisant les interactions avec l'ADN chargé négativement. Cela décompacte la chromatine, facilitant l'accès à l'ADN pour la transcription, favorisant ainsi une transcription active.

Question 45

Quel est le rôle des enzymes acétyltransférases et désacétylases dans la régulation de l'acétylation des histones ?

Answer 45

Les **acétyltransférases (HAT)** ajoutent un groupe acétyle aux *lysines* des histones via l’*acétyl-CoA*, tandis que les **désacétylases (HDAC)** les retirent. Ces enzymes régulent l’acétylation des histones, modifiant la structure de la chromatine et l’expression génique en modulant l’accessibilité de l’ADN.

Question 46

Pourquoi certaines lysines acétylées sur les histones n'affectent-elles pas directement la transcription ou la condensation de la chromatine ?

Answer 46

Certaines lysines acétylées sur les histones, comme la lysine 56 de l'histone H3, peuvent ne pas être directement impliquées dans la transcription ou la condensation de la chromatine. Par exemple, l'acétylation de H3 lysine 56 est plutôt associée à la réparation de l'ADN. Cette spécificité suggère que l'acétylation des histones peut avoir des rôles diversifiés et spécifiques dépendant du site d'acétylation et du contexte cellulaire, influençant divers processus cellulaires au-delà de la simple régulation transcriptionnelle.

Question 47

Comment l'acétyl CoA influence-t-il l'acétylation des histones ?

Answer 47

L'acétyl CoA, substrat des acétyltransférases, régule l'acétylation des histones en fonction du métabolisme cellulaire. Les variations métaboliques modulent les niveaux d'acétyl CoA, influençant la chromatine et l'expression génique.

Question 48

Comment les acétyltransférases régulent-elles la structure de la chromatine ?

Answer 48

Les histone **acétyltransférases (HAT)** ajoutent des groupes acétyle aux lysines des histones, ce qui neutralise leur charge positive et réduit les interactions entre les histones et l'ADN, résultant en une chromatine plus relâchée et accessible.

Question 49

Comment les désacétylases régulent-elles la structure de la chromatine ?

Answer 49

Les histone **désacétylases (HDAC)**, en revanche, retirent ces groupes acétyle, rétablissant la charge positive des lysines et favorisant ainsi une chromatine plus condensée et moins accessible à la machinerie transcriptionnelle.

Question 50

Pourquoi les sites hypersensibles à la DNase sont-ils associés à des niveaux élevés d'histones acétylées ?

Answer 50

Les sites hypersensibles à la DNase, qui sont souvent des indicateurs de chromatine active, sont généralement enrichis en histones acétylées. L'acétylation réduit la compacité de la chromatine, augmentant ainsi l'espacement entre les nucléosomes. Cela facilite l'accès de la DNase ainsi que d'autres facteurs de transcription aux sites de liaison sur l'ADN, favorisant une transcription active.

Question 51

Comment les complexes acétyltransférases (HAT) ou désacétylases (HDAC) sont-ils recrutés pour moduler l’expression des gènes ?

Answer 51

Ces complexes sont recrutés au promoteur des gènes via des éléments de séquence spécifiques, comme des enhancers ou des éléments activateurs, pour induire des modifications de la chromatine favorisant ou inhibant l’expression génique. (Les coactivateurs comme p300 et CBP (CREB-binding protein) sont essentiels dans le processus de transcription).

Question 52

Comment les modifications d'acétylation des histones influencent-elles le remodelage de la chromatine?

Answer 52

Les bromodomaines des complexes de remodelage de la chromatine, comme SWI/SNF, reconnaissent les lysines acétylées sur les histones. Cette interaction recrute ces complexes au promoteur, où ils déplacent les nucléosomes pour rendre l'ADN accessible aux facteurs de transcription et initier la transcription.

Question 53

Quelle est la fonction des domaines protéiques comme les bromodomaines dans les complexes de remodelage de la chromatine ?

Answer 53

Les bromodomaines des complexes de remodelage de la chromatine reconnaissent les lysines acétylées sur les histones, ciblant ces complexes vers des régions spécifiques pour restructurer la chromatine et réguler l'expression génique en fonction du contexte cellulaire.

Question 54

Vrai ou Faux ? Au contraire des acétyltransférases, le recrutement de HDAC au promoteur peut **inactiver** un gène

Answer 54

Vrai

Question 55

Quel est l'impact de la multifonctionnalité des complexes comme NuRD sur la régulation génique ?

Answer 55

Les complexes **multifonctionnels** comme NuRD permettent une régulation précise de la transcription en combinant déacétylation, interaction avec l'ADN méthylé et autres modifications chromatiniques, adaptant la réponse cellulaire aux signaux variés.

Question 56

Comment la méthylation des histones affecte-t-elle la chromatine et la transcription ?

Answer 56

La méthylation peut compacter ou relâcher la chromatine, activant ou réprimant la transcription selon la position et le type de résidu méthylé. Elle **maintient la charge positive des lysines et arginines**, influençant la liaison avec d'autres protéines régulatrices (**n’influence pas directement la compaction**). La méthylation des histones influence les fonctions de la chromatine en **recrutant des protéines à la chromatine**.

Question 57

Comment est-ce que les lysines et arginines peuvent être méthylées ?

Answer 57

- Les lysines peuvent être mono, di, ou triméthylées - Les arginines peuvent être mono ou diméthylées

Question 58

Quel est le rôle de la S-adénosyl méthionine (SAM) dans la méthylation des histones ?

Answer 58

La S-adénosyl méthionine (SAM) agit comme un donneur de groupes méthyles dans le processus de méthylation des histones, catalysé par les enzymes comme les **méthyltransférases de lysine (KMT) et d'arginine (PRMT)**. Cette méthylation peut influencer la structure de la chromatine et réguler l'activité transcriptionnelle en modifiant l'interaction des histones avec l'ADN.

Question 59

Comment les déméthylases fonctionnent-elles et quels co-facteurs utilisent-elles ?

Answer 59

Les **déméthylases**, telles que les lysine déméthylases (**KDM**), retirent les groupes méthyles des histones, utilisant des cofacteurs tels que le *2-oxoglutarate ou le FAD* pour faciliter la réaction. Cette déméthylation peut également affecter la structure de la chromatine et jouer un rôle dans la régulation de l'expression génique en modifiant l'état de condensation de la chromatine.

Question 60

Quels sont les points clés de la reconnaissance des histones méthylées par les domaines protéiques ?

Answer 60

Certains domaines protéiques, comme le **chromodomaine (CD)** et le **Tudor domain**, peuvent lier les histones méthylées, avec une spécificité propre pour des résidus méthylés particuliers (lysine ou arginine). Une même marque d'histone peut être reconnue par plusieurs domaines, ouvrant la possibilité d'**exclusion** ou de **crosstalk** entre différents facteurs de reconnaissance.

Question 61

Comment la méthylation des histones influence-t-elle la transcription via le recrutement de complexes protéiques ? (pas important)

Answer 61

La méthylation des histones, comme la di- ou tri-méthylation de la lysine 4 de l’histone H3 (H3K4), permet le recrutement de complexes protéiques tels que celui contenant la sous-unité Chd1, qui possède un chromodomaine et une activité de remodelage de la chromatine ATP-dépendante. Cette interaction entraîne un réarrangement nucléosomal, modulant ainsi l’activité des gènes. De plus, les enzymes qui contrôlent la méthylation des histones (méthyltransférases ou déméthylases) peuvent être recrutées directement sur les promoteurs.

Question 62

Quelle est l’association générale de l’acétylation et de la méthylation des histones avec la transcription ?

Answer 62

L’acétylation est associée à une chromatine active (activation transcriptionnelle). La méthylation peut être liée à une chromatine active ou inactive selon le résidu et le niveau de méthylation (mono-, di-, tri-méthylation).

Question 63

Que permet la double modification de certaines lysines, comme H3K9, par acétylation ou méthylation ?

Answer 63

Ces modifications permettent des switchs entre l’expression et la répression génique.

Question 64

Comment la protéine HP1 contribue-t-elle à la formation de l’hétérochromatine ?

Answer 64

HP1 s’associe à la lysine 9 *tri-méthylée* de l’histone H3 (H3K9me3) via son **chromodomaine**. Cette interaction entraîne une **propagation de l’hétérochromatine** grâce à l’action de la **méthyltransférase** SUV39H1 qui méthyle les nucléosomes adjacents.

Question 65

Quelles sont les étapes de la formation de l’hétérochromatine condensée impliquant HP1 ?

Answer 65

HP1 s’oligomérise et interagit avec la **méthyltransférase** SUV39H1 et les **HDACs**, **réduisant l’acétylation** et **favorisant la tri-méthylation** de H3K9. Cela initie la condensation de la chromatine.

Question 66

Quelle est la fonction des HDAC dans la formation de l’hétérochromatine condensée ?

Answer 66

Les HDAC (histone désacétylases) réduisent l’acétylation de la chromatine, facilitant la méthylation et la condensation de la chromatine.

Question 67

Comment la phosphorylation modifie-t-elle les résidus ciblés sur les histones ?

Answer 67

La phosphorylation change la charge du résidu ciblé en la rendant négative, modifiant ainsi les interactions électrostatiques et les signaux de reconnaissance.

Question 68

Quels sont les résidus ciblés par la phosphorylation et par quelles enzymes cette modification est-elle catalysée ?

Answer 68

Les résidus ciblés sont la sérine, la thréonine et la tyrosine. La phosphorylation est catalysée par des kinases qui transfèrent un groupe phosphate de l’ATP.

Question 69

Pourquoi la phosphorylation des histones est-elle fréquente dans la signalisation cellulaire ?

Answer 69

La phosphorylation est reconnue par plusieurs domaines protéiques (14-3-3, FH, BRCT), ce qui la rend cruciale pour le signalement des événements cellulaires.

Question 70

Quel est l’effet global des modifications épigénétiques (acétylation, méthylation, phosphorylation) sur la chromatine ?

Answer 70

Ces modifications régulent l’accessibilité de la chromatine et l’expression génique, influençant ainsi les processus cellulaires comme l’activation ou la répression transcriptionnelle.

Question 71

Quel est le rôle de la phosphorylation des histones dans la transcription ?

Answer 71

La phosphorylation de certains résidus favorise l’acétylation ou la méthylation/déméthylation d’autres résidus par divers mécanismes. Ces informations révèlent encore une fois l’existence de “**cross-talks**” entre modifications d’histones qui ultimement influence les fonctions de la chromatine

Question 72

Quel est le rôle de la phosphorylation de γ-H2AX dans la réponse aux dommages de l'ADN ? (pas important)

Answer 72

La phosphorylation de H2AX sur la sérine 139 (γ-H2AX) par les kinases ATM, ATR et DNA-PK est observée en réponse à des bris double-brin de l'ADN. Cette modification s’étend sur de larges domaines chromosomiques (jusqu’à 1 Mb) et recrute des protéines comme MDC1, favorisant la réparation des bris double-brin.

Question 73

Quels sont les enzymes nécessaires à l’ubiquitination des histones et quelles en sont les implications ? (pas important)

Answer 73

L'ubiquitination des histones nécessite les enzymes E1 (activation), E2 (conjugaison) et E3 (ligase). Elle peut conduire à la dégradation des protéines, mais dans le cas des histones, elle influence l’expression génique (activation ou répression) selon la lysine ciblée et son rôle dans le remodelage de la chromatine.

Question 74

Quelle est la différence entre l’ubiquitination et d'autres modifications comme la SUMOylation ? (pas important)

Answer 74

L'ubiquitination implique l'ajout de la protéine ubiquitine et peut former des chaînes de poly-ubiquitine. En revanche, la SUMOylation est une modification similaire mais utilise une petite protéine appelée SUMO, jouant des rôles distincts dans la signalisation cellulaire et le remodelage de la chromatine.

Question 75

Quelles sont les trois fonctions principales des protéines dans le code d’histone ?

Answer 75

Les protéines impliquées dans le code d’histone remplissent trois fonctions principales : - **Écriture** : ajout de modifications (ex. acétylation, méthylation, phosphorylation) par des acétylases, méthylases et phosphorylases. - **Effacement** : retrait des modifications par des déacétylases, déméthylases et phosphatases. - **Lecture** : reconnaissance des modifications par des domaines comme le bromodomaine, chromodomaine, PHD finger, ou WD40 repeat.

Question 76

En quoi le code d’histone est-il complexe ?

Answer 76

Le code d’histone est complexe en raison de la multitude de modifications possibles, du grand nombre de protéines impliquées et des interactions (cross-talks) entre les modifications. Cela permet une régulation fine de l’expression génique et une adaptation aux différents types cellulaires ou stimuli environnementaux (hormones, stress).

Question 77

Quel est l’objectif principal du code d’histone ?

Answer 77

Le code d’histone permet d’utiliser le matériel génétique différemment selon le type cellulaire, tout en répondant à divers stimuli pour adapter l'expression génique aux besoins de la cellule.

Question 78

Qu’est-ce que la technique ChIP et à quoi sert-elle ? (pas important)

Answer 78

La Chromatin Immunoprecipitation (ChIP) permet d’identifier les régions d’ADN associées à des modifications d’histones spécifiques. Elle utilise des anticorps ciblant des modifications précises (ex. anti-H3K9Me) pour isoler et analyser ces séquences d’ADN par PCR ou séquençage.

Question 79

Comment tester si une acétyltransférase agit sur un promoteur d’intérêt ? (pas important)

Answer 79

Générer une lignée KO pour l’acétyltransférase et comparer par ChIP (avec des anticorps anti-histones acétylées) à une lignée WT pour mesurer l’acétylation sur le promoteur. Faire un ChIP dans la lignée WT avec des anticorps contre l’acétyltransférase et évaluer sa présence au niveau du promoteur par qPCR ou ChIP-seq.

Question 80

Quel est le rôle des modifications des histones dans le cancer ? (pas important)

Answer 80

Les modifications des histones sont souvent dérégulées dans les cancers, conduisant à une expression génique anormale. Ces modifications sont ciblées pour des thérapies anticancéreuses, en combinaison avec d’autres médicaments standards.

Question 81

Quelles marques épigénétiques sont associées à de mauvaises issues cliniques dans le cancer ? (pas important)

Answer 81

Des réductions de H3K4me2 et H3K27me3 sont souvent corrélées à une survie plus faible ou à des issues cliniques défavorables dans plusieurs types de cancers, tels que le sein, le poumon et le pancréas.

Question 82

Pourquoi les enzymes qui modifient la chromatine sont-elles des cibles thérapeutiques ? (pas important)

Answer 82

Ces enzymes régulent directement l’expression génique et les processus cellulaires. Leur inhibition peut restaurer un état épigénétique normal, offrant ainsi une stratégie pour traiter les cancers et d'autres maladies.

Question 83

Vrai ou Faux ? La méthylation de l’ADN est une marque épigénétique répressive.

Answer 83

Vrai. Elle est souvent associée à la silenciation transcriptionnelle et à l’inactivation des régions d’ADN.

Question 84

Qu’est-ce que la méthylation de l’ADN et quelle est sa cible ?

Answer 84

La méthylation de l’ADN consiste à ajouter un groupe méthyle au **carbone en position 5 de la cytosine** dans l’ADN, souvent dans les sites **CpG** (séquences riches en C-G). Cette modification est catalysée par des enzymes **DNMT** (DNA Methyl Transferases).

Question 85

Quelle est la différence entre la méthylation de l’ADN et celle des histones ?

Answer 85

La méthylation de l’ADN est généralement plus stable que celle des histones et est directement associée à la répression transcriptionnelle, contrairement à la méthylation des histones qui peut avoir des effets variables selon le contexte.

Question 86

Où se produit la méthylation de l’ADN, et quelle est son association fonctionnelle ?

Answer 86

La méthylation se produit souvent dans des régions riches en CG, appelées îlots CpG, situées fréquemment dans les promoteurs de gènes. Les îlots CpG non méthylés sont associés à des gènes actifs, tandis que leur méthylation est liée à la répression transcriptionnelle.

Question 87

Comment la méthylation de l’ADN est-elle maintenue ou supprimée ?

Answer 87

La méthylation est maintenue par l’enzyme DNMT1, tandis que les protéines comme TET-1 participent à sa déméthylation active, transformant la 5-méthylcytosine en 5-hydroxyméthylcytosine.

Question 88

Pourquoi l'ADN méthylé est-il instable et comment cela peut-il causer des mutations ? (pas important)

Answer 88

L'ADN méthylé est instable car la 5-méthylcytosine peut subir une déamination spontanée, formant une thymine qui n'est pas efficacement détectée ni réparée par les mécanismes de réparation de l'ADN. Cela entraîne des mutations fixes dans le génome. Ces mutations ont probablement conduit à la "purge" évolutive des sites CpG méthylés. Les îlots CpG, souvent hypométhylés, persistent dans les génomes car ils échappent à ces mutations.

Question 89

Comment la méthylation de l'ADN contribue-t-elle à la répression transcriptionnelle ?

Answer 89

La méthylation de l’ADN est reconnue par les protéines **MBD** (Methyl Binding Domain), qui recrutent des complexes enzymatiques comme les **HDAC** (déacétylation des histones) et **HMT** (méthylation des histones). Ces modifications *favorisent une chromatine condensée*, empêchant l'expression génique.

Question 90

Quel est l’effet direct de la méthylation d’un îlot CpG sur la liaison des facteurs de transcription ?

Answer 90

La méthylation bloque directement la liaison des facteurs de transcription à leurs éléments de réponse (ex. enhancer), inhibant ainsi la transcription du gène cible. Les îlots CpG ne sont généralement pas méthylés et sont souvent dans les promoteurs des gènes actifs.

Question 91

Comment la méthylation de l’ADN évolue-t-elle au cours du développement ? (pas important)

Answer 91

Pendant le développement, la méthylation de l’ADN est effacée dans l’embryon précoce, puis rétablie dans les cellules différenciées pour stabiliser l’expression génique. Les cellules germinales subissent une déméthylation et une reméthylation pour former des cellules matures, assurant la reprogrammation épigénétique.

Question 92

Quels sont les effets d’une mauvaise régulation de la méthylation de l’ADN dans le cancer ? (pas important)

Answer 92

La perte globale de méthylation peut entraîner une instabilité génomique et une "dé-différenciation". En revanche, une hyperméthylation anormale des promoteurs de gènes suppresseurs de tumeurs entraîne leur inactivation, favorisant la progression tumorale.

Question 93

En quoi consiste le séquençage au bisulfite pour analyser la méthylation de l’ADN ? (pas important)

Answer 93

Le traitement au bisulfite transforme les cytosines non méthylées en uracil, tandis que les cytosines méthylées restent inchangées. Un séquençage ou un PCR spécifique permet ensuite d’identifier les cytosines méthylées.

Question 94

Pourquoi la méthode au bisulfite est-elle efficace pour identifier les cytosines méthylées ? (pas important)

Answer 94

Elle exploite la différence chimique entre cytosines méthylées et non méthylées : seules les non méthylées subissent une conversion en uracil, ce qui modifie leur séquence détectable par PCR ou séquençage.

Question 95

Quel est l’impact de la méthylation de l’ADN sur la différenciation cellulaire ? (pas important)

Answer 95

La méthylation stabilise les profils d'expression génique dans les cellules différenciées, augmentant la spécificité fonctionnelle des tissus. Elle joue un rôle clé dans la répression des gènes non nécessaires à une cellule donnée.

Question 96

Que sont les cellules iPSC et comment sont-elles générées ?(pas important)

Answer 96

Les iPSC (induced Pluripotent Stem Cells) sont des cellules somatiques reprogrammées en cellules pluripotentes via l’introduction de facteurs de transcription (Oct3/4, Sox2, Klf4, c-Myc), appelés facteurs Yamanaka. Ces facteurs influencent les marques épigénétiques et permettent la "dé-différenciation" des cellules.

Question 97

Quels sont les avantages et défis des iPSC en médecine régénérative ? (pas important)

Answer 97

Les iPSC proviennent des cellules du patient, éliminant le risque de rejet. Cependant, des défis subsistent, comme la sécurité liée à la transduction virale et la possibilité de reprogrammation incomplète pouvant conduire à des maladies, comme le cancer.

Question 98

Quels sont les principaux événements de la transcription d’un gène dans la chromatine ? (pas important)

Answer 98

1. L’ADN est sous une forme compacte et peu accessible. 2. Un activateur lie son élément cible, rendant l’ADN plus accessible. 3. L’activateur recrute des complexes de remodelage et de modification de la chromatine. 4. Les facteurs généraux de transcription se lient, libérant l’espace pour la transcription. 5. La transcription débute avec la liaison de la polymérase II.

Question 99

Qu’est-ce que le projet ENCODE et quel est son objectif ? (pas important)

Answer 99

Le projet ENCODE (Encyclopedia of DNA Elements) vise à identifier les fonctions des séquences génomiques humaines, au-delà des gènes codants, en étudiant les régions régulatrices et leur rôle dans l’expression génique, à travers 147 types de cellules.

Question 100

Pourquoi les petites molécules sont-elles importantes dans la reprogrammation des iPSC ? (pas important)

Answer 100

Les petites molécules facilitent la reprogrammation en modulant les enzymes de remodelage épigénétique, comme les HDAC, les méthyltransférases, et autres. Elles améliorent l'efficacité et la sécurité des protocoles de génération des iPSC.

Question 101

Quelles approches sont utilisées par le projet ENCODE pour analyser les régions fonctionnelles du génome humain ? (pas important)

Answer 101

- **Méthylome de l’ADN (CH₃)** pour étudier les modifications épigénétiques. - **DNase-seq** et **FAIRE-seq** pour identifier les sites hypersensibles et les régions de chromatine décondensée. - **ChIP-seq** pour localiser les sites de fixation des protéines et les modifications des histones. - **RT-PCR** et **prédictions informatiques** pour déterminer la structure et les sites d’initiation de transcription. - **RNA-seq** pour analyser toutes les régions transcrites (codantes et non codantes). - **Capture de conformation des chromosomes (3C)** pour étudier les interactions à longue distance dans le génome.