High-resolution structure of the nucleosome-H1 complex and interaction with transcription factor Sox6

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 régulation de l’expression des gènes. La cristallographie par rayons-X et d’autres techniques biophysiques on permit de comprendre la structure du nucléosome avec une précision quasi atomique. Malgré de nombreuses études, les données structurelles au delà de la particule de cœur nucléosomale (NCP) demeurent imprécises. Au cours des dernières décennies plusieurs tentatives ont été faites pour montrer comment l’histone de liaison H1 interagit avec les particules nucléosomales pour les condenser en fibre de chromatine. Ces études ont mené à différents modèle décrivant la position de l’histone de liaison H1 sur la chromatine. De récentes avancées sur l’histone de liaison H1 suggèrent que le domaine globulaire de H1 (GH1) et la partie C-terminale interagit avec la dyade du nucléosome et les 2 bouts d’ADN de liaison (modèle à 3 contacts) qui sont contraintes de former une structure en tige. Cependant, la conformation et la position précise de l’histone de liaison H1 reste inconnues et la controverse à ce sujet persiste.Dans cette étude, nous avons déterminé la structure tridimensionnelle de nucléosomes contenant H1 par des techniques de cryo-microscopie électronique (cryo-EM) et de diffraction aux rayons-X dans des cristaux. Nous avons utilisé le chaperons d’histone, NAP1, pour déposer l’histone de liaison H1 sur les nucléosomes reconstitué à partir des histones de cœur recombinant et la séquence d’ADN positionnante 601 de 197 paires de bases (dite de Widom). Nos résultats de cryo-EM montrent que l’association de H1 compacte le nucléosome en réduisant la mobilité des ADNs et stabilisant ainsi les contacts entre les nucléotides précédant la sortie NCP et l’octamer d’histones. Nos résultats par diffusion de rayon-x dans des cristaux à une résolution de 7Ä montrent que la partie globulaire de H1 (GH1) est située sur la dyade et interagie simultanément avec les petits sillons de l’ADN à la dyade et les ADN de liaison à l’entrée et à la sortie du nucléosome. Les parties N- et C-terminales de H1 sont orientées vers l’extérieur du cœur du nucléosome à travers les différents ADN de liaison. Nous avons validé l’orientation de GH1 par des expériences de pontages ADN-proteine, après substitutions de cystéine par mutagénèse dirigée, empreinte par radicaux hydroxyles et « amarrage moléculaire ». Nos résultats révèlent l’effet de H1 sur la dynamique du nucléosome et apporte une vision détaillé de la conformation du « stem du nucléosome » lors de l’incorporation de H1.Nous avons également étudié l’association spécifique du facteur de transcription Sox6 à ces de reconnaissance consensus présent à l’intérieur du nucléosome, associé ou non avec l’histone de liaison H1 par une empreinte biphotonique avec laser UV. Nos résultats montrent que le domaine HMG de Sox6 se fixe spécifiquement sur son motif consensus situé profondément à l’intérieur du nucléosome à l’exception sur la dyade. Cette association n’est pas influencée par la « fermeture » des ADN de liaison avec l’histone H1 démontrant l’existence d’un autre façon de reconnaissance que le modèle de Widom basés sur fluctuations thermodynamiques des ADN de liaison. Le résultat que Sox6 est capable de surmonter la barrière nucléosomale (avec ou sans H1) suggère fortement que les facteurs de transcription de la famille Sox, de domaine de liaison de type HMG, jouent le rôle de facteurs « pionnier » dans la régulation de la transcription et en particulier dans l’initiation de la différentiation.