Acides nucléiques
Chromatine
Histones : vue d'ensemble

Structure générale des histones

 Les histones sont de petites protéines nucléaires fortement basiques, conservées chez tous les eucaryotes, généralement constituées d’environ 100 à 140 acides aminés,

Leur forte proportion de lysine et d’arginine leur confère une charge positive qui favorise l’établissement d’interactions électrostatiques avec le squelette phosphodiester négativement chargé de l’ADN, permettant la formation de complexes nucléoprotéiques stables au sein de la chromatine (Interactions entre DNA et histones de coeur).

1. La structure des histones est caractérisée par un domaine structural conservé appelé histone fold, présent dans toutes les histones du cœur du nucléosome (H2A, H2B, H3 et H4).

• Ce domaine est formé de trois hélices α (α1, α2 et α3) reliées par deux boucles (L1 et L2), l’hélice α2, généralement la plus longue, étant encadrée par les deux autres hélices plus courtes.
• Cette organisation permet l’association spécifique de deux histones par un mécanisme d’appariement appelé “ handshake motif ”, dans lequel les hélices α2 de deux histones s’alignent de manière antiparallèle, stabilisant la formation de dimères histone-histone (Nucleosome Structure and Function 2014).

L’assemblage des histones repose ainsi sur des interactions structurales spécifiques entre les domaines histone fold (Interactions entre DNA et histones de coeur).

Les histones du cœur du nucléosome (H2A, H2B, H3 et H4) interagissent directement avec l’ADN enroulé autour de l’octamère histonique, tandis que l’histone H1 se fixe sur l’ADN linker et stabilise l’entrée et la sortie de l’ADN du nucléosome.

2. Les histones possèdent également des extensions polypeptidiques flexibles situées principalement à leurs extrémités N-terminales, appelées queues d’histones.

a. Ces régions sont généralement peu structurées et émergent à la surface du nucléosome où elles peuvent interagir avec l’ADN voisin, avec d’autres nucléosomes ou avec diverses protéines associées à la chromatine ( nucléosomes et queues d'histones).

• Elles jouent ainsi un rôle important dans les interactions inter-nucléosomiques et dans l’organisation de structures chromatiniennes de niveau supérieur ( compaction de la chromatine).

b. Ces régions non structurées interagissent avec l’ADN et avec d’autres protéines de la chromatine et constituent les principales cibles de nombreuses modifications post-traductionnelles impliquées dans la régulation de l’organisation et de l’activité de la chromatine ( code des histones).

Dimérisation et assemblage des histones

1. La dimérisation des histones repose sur un mode d’interaction particulier appelé handshake motif.

a. Dans cette configuration, deux histones s’associent de manière antiparallèle en appariant leurs domaines histone fold.

• Les hélices α2 de chaque histone constituent l’axe principal de l’interface.
• Les hélices α1 et α3 ainsi que les boucles L1 et L2 contribuent à stabiliser l’ensemble par des interactions hydrophobes et électrostatiques.

b. Cette organisation forme une structure compacte dans laquelle les deux protéines s’emboîtent de manière complémentaire, constituant un dimère histone-histone stable.

2. Les dimères constituent les unités structurales élémentaires à partir desquelles se construit l’octamère histonique, constitué de deux copies de chacune des histones H2A, H2B, H3 et H4

a. L’assemblage du cœur nucléosomique débute par l’association de deux dimères H3-H4.

• Ces deux dimères s’assemblent par une interface symétrique entre les histones H3 pour former un tétramère (H3-H4)².
• Le tétramère H3-H4 constitue une structure centrale relativement stable,

b. Deux dimères H2A-H2B viennent ensuite se fixer de part et d’autre du tétramère (H3-H4)².

Ces dimères sont plus dynamiques et peuvent être échangés ou remplacés par des variants d’histones dans certaines régions de la chromatine, contribuant ainsi à la plasticité structurale et fonctionnelle de cette dernière.

3. L’ADN peut alors s’enrouler autour de cet octamère pour former le nucléosome (Interactions entre DNA et histones de coeur).

Membres des histones

Type d'histone	Localisation dans le nucléosome	Rôle principal dans la chromatine	Variantes / Particularités
H2A	Octamère central	Stabilise le nucléosome et l'ADN enroulé	H2A.X (réparation ADN) H2A.Z (régulation transcriptionnelle) macroH2A (hétérochromatine facultative)
H2B	Octamère central	Stabilise le nucléosome Participe à la fibre de 10 nm	H2Bub1 (ubiquitination pour régulation transcriptionnelle)
H3	Octamère central	Maintient l'intégrité du nucléosome Régulation par modifications (méthylation, acétylation)	H3.3 (euchromatine active) CENP-A (centromères)
H4	Octamère central	Stabilise le nucléosome Interactions avec l'ADN	Peu de variantes connues
H1 (laison)	ADN de liaison entre nucléosomes	Stabilise les nucléosomes Compaction de la chromatine Régulation transcriptionnelle	H1.1–H1.5 (ubiquitaires dans cellules somatiques)