Dynamique à l'équilibre et hors d'équilibre de la chromatine visualisée par microscopie de force atomique : effet des variants d’histones et des facteurs de remodelage

Equilibrium and out of equilibrium dynamics of chromatin visualized by atomic force microscopy : effect of histone variants and remodeling factors

• Auteur / Autrice : Fabien Montel
• Direction : Cendrine Moskalenko, Stefan Dimitrov
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Lyon, École normale supérieure (sciences)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Nucléosomes

Histones

Traitement d'images

Mots clés libres

Variant d'histone

Remodelage de la chromatine

Résumé

L’organisation de l’ADN sous forme de nucléosome représente une barrière pour la liaison des facteurs de transcription à leur ADN-cible et interfère avec différents processus cellulaires. Les facteurs de remodelage et l’incorporation de variants d’histones dans la chromatine sont utilisés à l’intérieur de la cellule pour surmonter cette barrière nucléosomale et modulent l’accès à l’ADN au travers du contrôle de la dynamique nucléosomale. Dans ce travail nous utilisons une technique de molécule unique (la Microscopie à Force Atomique, AFM) pour visualiser des mono- et oligo- nucléosomes et quantifier leur structure et leur dynamique tant à l’équilibre que hors-équilibre. Nous étudions tout d’abord l’impact de l’incorporation de H2A. Bbd au niveau du mono- et de l’oligo- nucleosome. Nous montrons que ce variant d’histone modifie à la fois la structure et la dynamique du nucléosome et que sa présence altère la faculté de la chromatine à former une structure d’ordre supérieur. En utilisant un modèle issu de la physique des polymères, nous expliquons quantitativement ce comportement par les propriètés dynamiques du nucléosome et plus précisément la flexibilité du mononucléosome. Nous étudions ensuite le mécanisme du remodelage des nucléosomes par SWI/SNF et RSC. Pour ce faire nous déterminons simultanément la longueur d’ADN complexée et la position pour des mono-nucléosomes. Nous mettons en évidence un intermédiaire réactionnel sous la forme d’un nucléosome sur-complexé apparaissant avant le nucléosome glissé. Enfin, pour des di-nucléosomes, nous visualisons différents types d’états glissés que nous utilisons pour construire un modèle stochastique montrant que RSC est un randomiseur processif et séquentiel.

The organization of DNA into nucleosome can be seen as a barrier for the transcription factors binding to their target DNA sequences and interferes with several basic cellular processes. ATP-remodeling machines and the incorporation of histone variants into chromatin are used by the cell to overcome the nucleosomal barrier and modulate DNA accessibility by the control of nucleosome dynamics. In this work, we use a single molecule technique (Atomic Force Microscopy, AFM) to visualize isolated mono- and oligonucleosomes and quantify their structure and dynamics at equilibrium and out of equilibrium. First, we study the impact of H2A. Bbd incorporation at the mononucleosome and oligonucleosome level. We show that this variant modifies both structure and dynamics of the complex and its presence alter the ability to form an higher structure organization of the chromatin. Using a polymer physics model we demonstrate that the behavior of variant chromatin can be quantitatively explained by the mononucleosome dynamical properties and more precisely by the nucleosome flexibility. Then, we study the mechanism of nucleosome remodeling by SWI/SNF and RSC on mono- and di- nucleosomes. To do so we determine simultaneously the mononucleosome DNA complexed length and position distributions and produce 2D histograms in various contexts. We demonstrate the appearance of a reaction intermediate visible as an overcomplexed nucleosome. Finally, focusing on the di-nucleosomes, we report different slided states that are used to construct a simple stochastic model showing that RSC is a highly processive and sequential randomizer.