Les régions N-terminales des histones dans le nucléosome sont reconnues comme le siège de multiples modifications post-traductionnelles. Ces régions sont les substrats d’une grande variété d’enzymes de modification (méthyltransférases, acétyltransférases, déacétylases, déméthylases, …) et forment la base du code des histones (« histone code ») dans le contrôle épigénétique du fonctionnement de la chromatine des organismes eucaryotes.
On montre, en solution, par analyse au moyen du dichroïsme circulaire (DC) du nucléosome isolé à partir de la chromatine (particule nucléoprotéique minimale dite « nucleosome core particle », NCP, avec un DNA double brin de 147 paires de bases et un octamère protéique, constitué de deux fois quatre histones, dites « core histones » H2A, H2B, H3 et H4) que la conformation des régions N-terminales des histones H3 et H4 sont le siège d’une transition hélice-pelote sous l’effet de la liaison d’une polyamine (spermidine ou Spd3+). Le paradoxe apparent, entre la cristallographie (analyse à l’état solide1; avec une conformation désordonnée des régions N-terminales des histones) et les résultats DC (analyse en solution2), n’est plus à retenir. En effet, les régions N-terminales de H3 et H4 subissent une transition hélice-pelote lors de l’addition de cations Mn2+, utilisés dans l’étude cristallographique à haute concentration de Mn2+ (75 mM). La variabilité structurale des régions N-terminales des histones H3 et H4, sous l’effet des polyamines, peut être envisagée comme une base conformationnelle du code des histones, qui conduit à relier le fonctionnement épigénétique de la chromatine et le métabolisme des polyamines.
La structure de la région N-terminale de l’histone H4 (siège de 4 sites d’acétylation-deacétylation au niveau post-traductionnel), en tant qu’organisation hélicoïdale, ainsi que sa variabilité conformationnelle, seront analysées dans le cadre de la plasticité de l’hélice alpha. Le motif canonique (désigné: « hydrated kinked helix»3) qui constitue une classe conformationnelle bien définie d’hélices alpha dans l’ensemble des structures protéiques, déterminées par cristallographie RX et répertoriées dans la Protein Data Bank3, ouvre une voie possible quant à la topologie envisageable pour les régions N-terminales des deux histones H4 à la périphérie du nucléosome. Cette topologie « hydrated kinked helix » s’apparente étroitement à celle de molécules modèles en phase gazeuse mimant l’hydratation de la liaison peptidique4.
(1) Luger, K.; Mader, A. W.; Richmond, R. K.; Sargent, D. F.; Richmond, T. J., Nature 1997, 389, 251-60.
(2) Baneres, J. L.; Martin, A.; Parello, J., J Mol Biol 1997, 273, 503-8.
(3) Parello , J.; Lenoci, L. In Selective hydration of kinked alpha-helices in proteins, XIX. Conference on Horizons in Hydrogen Bond Research, Goettingen (Germany), Contributed talk C-12, 2011; Suhm, M. A.; Herrebout, W. A., Eds. Goettingen (Germany), Contributed talk C-12, 2011.
(4) Mons, M.; Dimicoli, I.; Tardivel, B.; Piuzzi, F.; Robertson, E. G.; Simons, J. P., Journal of Physical Chemistry A 2001, 105, 969-973.
Institute of Chemical Biology and Department of Pharmacology, Vanderbilt University, Nashville, TN, USA