Histone H1

Un diagramme montrant la localisation d'H1 dans le nucléosome

Chez les métazoaires, les protéines H1 présentent un domaine d'"hélice ailée" globulaire central et de longues queues C et N-terminales. H1 est impliquée dans le regroupement des sous-structures dites en "collier de perles" en une structure de niveau supérieur, dont les détails n'ont pas encore été résolus[1]. Les histones H1 présentes chez les protistes et les bactéries sont dépourvues du domaine central et de la queue N-terminale[2].

Contrairement aux autres histones, H1 ne constitue pas la particule nucléosomale. Elle repose sur la structure nucléosomale, en maintenant en place l'ADN enroulé autour du nucléosome. Contrairement aux autres histones représentées par deux molécules par type d'histone par nucléosome, il n'y a qu'une molécule H1 par nucléosome. Au-delà de sa liaison au nucléosome, la protéine H1 se lie à l'ADN de liaison (ou encore ADN linker, d'environ 20 à 80 nucléotides de long) entre les nucléosomes, aidant ainsi à stabiliser la fibre chromatinienne de 30 nm[3]. La plupart des connaissances sur H1 découle d'études sur des fibres de chromatine purifiées. L'extraction ionique d'histones de liaison à partir de chromatine native ou reconstituée favorise son dépliement de fibres de 30 nm de longueur vers une conformation nucléosomale en collier de perles dans des conditions hypotoniques[4] - [5] - [6].

Il n’est pas certain qu'H1 favorise la formation d'une fibre chromatinienne en forme de solénoïde, dans laquelle l’ADN de liaison exposé est raccourci, ou si elle favorise simplement un changement de l’angle des nucléosomes adjacents, sans affecter la longueur de l'ADN linker[7]. Cependant, il fut montré que les histones linker favorisent la compaction des fibres de chromatine reconstituées in vitro à l’aide d’ensembles d'ADNs synthétiques reconstituant l'élément de positionnement nucléosomal fort «601»[8]. Les expériences de digestion par nucléase et de détections d'empreintes génomique suggèrent que le domaine globulaire de l'histone H1 est localisé près de la dyade du nucléosome, où il protège environ 15 à 30 paires de bases d'ADN additionnel[9] - [10] - [11] - [12]. De plus, des expériences sur la chromatine reconstituée ont révélé un motif caractéristique dans la dyade en présence de H1[13]. Malgré des lacunes dans la compréhension du rôle d'H1, un modèle général est apparu selon lequel le domaine globulaire de H1 ferme le nucléosome en liant l'ADN entrant et sortant, tandis que la queue se lie à l'ADN de liaison et neutralise sa charge négative[7] - [11].

De nombreuses expériences portant sur la fonction d'H1 ont été réalisées sur de la chromatine traitée et purifiée dans des conditions de faible teneur en sel, mais le rôle d'H1 in vivo est moins certain. Des études cellulaires ont montré que la surexpression d'H1 peut provoquer une morphologie nucléaire et une structure chromatinienne aberrantes, et qu'H1 peut servir à la fois de régulateur positif et négatif de la transcription, en fonction des gènes[14] - [15] - [16]. Dans les extraits d'œufs de Xenopus , l'appauvrissement en histones linker provoque une extension longitudinale d'environ 2 fois des chromosomes mitotiques, tandis qu'une surexpression provoque une hypercompaction des chromosomes en une masse inséparable[17] - [18]. L'inactivation complète d'H1 in vivo n'a pas été atteinte chez les organismes multicellulaires en raison de la présence de multiples isoformes pouvant être présentes dans plusieurs clusters de gènes, mais diverses isoformes de l'histone de liaison ont été déplétés à divers degrés chez Tetrahymena, C. elegans, Arabidopsis, la mouche et la souris, entraînant divers défauts organisme-spécifiques dans la morphologie nucléaire, la structure de la chromatine, la méthylation de l’ADN et / ou l’expression de gènes spécifiques[19] - [20] - [21].

Alors que la plupart des histones H1 du noyau sont liées à la chromatine, les molécules H1 effectuent une navette entre les régions de la chromatine à une vitesse assez élevée[22] - [23].

Il est difficile de comprendre en quoi une protéine si dynamique pourrait être un composant structurel de la chromatine, mais il a été suggéré qu'à l'équilibre nucléaire, l'association entre H1 et la chromatine est encore fortement favorisée, ce qui signifie que malgré sa dynamique, la grande majorité d'H1 à tout moment donné est liée à la chromatine[24]. H1 compacte et stabilise l'ADN soumis à des forces et pendant l'assemblage de la chromatine, ce qui suggère que la liaison dynamique d'H1 pourrait conférer une protection à l'ADN dans les cas où des nucléosomes doivent être éliminés[25].

Des facteurs cytoplasmiques semblent être nécessaires à l'échange dynamique de l'histone H1 sur la chromatine, mais ils n'ont pas encore été spécifiquement identifiés[26]. La dynamique d'H1 peut être influencée dans une certaine mesure par la O-glycosylation et la phosphorylation. La O-glycosylation d'H1 peut favoriser la condensation et le compactage de la chromatine. Il a été démontré que la phosphorylation au cours de l’interphase diminue l’affinité d'H1 pour la chromatine et peut favoriser la décondensation de la chromatine et la transcription active. Cependant, pendant la mitose, il a été démontré que la phosphorylation augmentait l'affinité d'H1 envers les chromosomes et favorisait donc la condensation des chromosomes mitotiques[18].

Chez les animaux, la famille H1 comprend de multiples isoformes H1 qui peuvent être exprimés au sein d’un même organisme dans des tissus et stades de développement différents ou se chevauchant . La raison de l'existence ces multiples isoformes reste incertaine, mais leur conservation évolutive de l'oursin à l'homme ainsi que des différences significatives dans leurs séquences d'acides aminés suggèrent qu'elles ne sont pas fonctionnellement équivalentes[27] - [28] - [29]. L’une des isoformes est l’histone H5 , que l’on ne trouve que dans les érythrocytes aviaires, qui ne ressemblent pas aux érythrocytes de mammifères en ce sens qu’ils présentent un noyau. Un autre isoforme est l'isoforme H1M zygotique / zygotique (également appelée B4 ou H1foo), trouvée chez les oursins, les grenouilles, les souris et les humains, qui est remplacée dans l'embryon par les isoformes somatiques H1A-E et H10 qui ressemble à H5[29] - [30] - [31] - [32]. Bien qu’elle ait plus de charges négatives que les isoformes somatiques, H1M se lie avec une affinité plus élevée pour les chromosomes mitotiques dans les extraits d’œufs de Xenopus[18].

Comme les autres histones, les histones de la famille H1 sont largement modifiées après traduction. Cela comprend la phosphorylation de résidus sérine et thréonine, l'acétylation et méthylation de résidus lysine, et l'ubiquitination[33]. Ces modifications post-traductionnelles remplissent diverses fonctions, mais sont moins bien étudiés que celles d'autres histones.

• Nucléosome
• Histone
• La chromatine
• Linker histone H1 variants
• Autres protéines histones impliquées dans la chromatine :
  • H2A ;
  • H2B ;
  • H3 ;
  • H4 .