On a déjà fait connaissance avec les histones sur ce blog dans le billet consacré à la chromatine, cet assemblage complexe de protéines et d’ADN qui permet au cellules eucaryotes de bien ranger et protéger leur matériel génétique.

Pour les cellules aussi, c’est parfois compliqué de ranger ses affaires…

Chez les eucaryotes, les histones sont des protéines abondantes et remarquablement bien conservées d’une espèce à l’autre. Ils présentent tous le même repliement en trois hélices α et se différencient principalement par leurs extrémités N- et C-terminales (qui peuvent être la cible de modifications post-traductionnelles). On retrouve également des histones chez les archées, mais cette fois l’assemblage d’histones autour duquel l’ADN va s’enrouler peut varier en forme et en taille. Cette famille du vivant s’appuie également sur d’autres protéines (les NAP, pour Nucleoid Associated Proteins, puisqu’à la place d’un noyau bien délimité par une membrane, les cellules procaryotes contiennent un nucléoïde aux contours flous qui contient la plus grande partie du matériel génétique) pour ranger leur ADN.

Le vivant a développé plein de façons de ranger le matériel génétique dans les cellules. Chez les archées (à gauche, structure du pdb 5t5k), l’ADN (en bleu et rouge dans toutes les figures) s’enroule autour d’assemblages comprenant six histones (en magenta et cyan), au lieu de huit dans les eucaryotes. Chez les bactéries, la condensine (au centre, pdb 7q2x) est un gros complexe de plusieurs protéines qui maintient en place les boucles formées par l’ADN, le complexe Hbb (à droite, pdb 2np2) sert lui à former des coudes dans l’ADN.

Par contre, on a longtemps considéré que les bactéries étaient dépourvues d’histones, et n’utilisaient que d’autres NAP pour compacter leur ADN, en générant notamment des structures avec des boucles et des sur-enroulements au lieu des petites bobines de nucléosome des eucaryotes. Des études d’homologie ont bien mis en évidence des protéines bactériennes dont la séquence se rapprochait de celle des histones des eucaryotes, mais il restait encore à déterminer leur fonction au sein de la cellule, et la façon dont elles pouvaient interagir avec l’ADN. Ce mystère a été récemment résolu par l’équipe de recherche de Karolin Luger (à laquelle on devait déjà la détermination de la structure du nucléosome des eucaryotes), et la structure obtenue s’est avérée des plus étonnantes. Après avoir identifié chez B. bacteriovorus (une bactérie qui parasite d’autres bactéries) deux protéines susceptibles de présenter un repliement similaire à celui des histones, les scientifiques ont d’abord montré que ces protéines étaient indispensables à la survie bactérienne (alors que d’ordinaires ces organismes tolèrent bien la suppression d’une ou plusieurs de leurs NAP). Dans un second temps, les structures obtenues par cristallographie de l’assemblage protein-ADN montrent que, contrairement à ce qui est observé chez les eucaryotes, les histones bactériens ne s’assemblent pas entre eux pour former une petite bobine autour de laquelle l’ADN va s’enrouler. On observe même le phénomène inverse, avec des histones qui vont se placer tout autour double brin d’ADN (qui reste alors rectiligne), formant ainsi une gaine protéique.

Assemblage des histones (en cyan et magenta) de la bactérie B. bacteriovorus tout autour du double brin d’DAN (pdb 8fw7)

Il reste maintenant à comprendre quel rôle joue cet emballage dans la cellule, s’agit-il de protéger l’ADN bactérien ? De réguler son accès aux protéines chargées de sa transcription ? Les études sont toujours en cours. Mais cette structure inattendue vient encore une fois souligner l’immense inventivité du vivant, capable de générer des structures variées en partant d’éléments similaires. De plus, en améliorant notre compréhension du nucléoïde des bactéries, ce travail nous donne également des armes nouvelles pour lutter contre celles-ci.