Histones font partie des noyaux cellulaires. Leur présence est un trait distinctif entre les organismes unicellulaires (bactéries) et les organismes multicellulaires (humains, animaux ou végétaux). Très peu de souches bactériennes ont des protéines similaires aux histones. L'évolution a produit des histones afin d'accueillir la très longue chaîne d'ADN, également connue sous le nom de matériel génétique, mieux et plus efficacement dans les cellules des êtres vivants supérieurs. Parce que si le génome humain était déroulé, il mesurerait environ 1 à 2 m de long, selon le stade cellulaire dans lequel se trouve une cellule.
Que sont les histones?
Dans les organismes plus développés, les histones se trouvent dans les noyaux cellulaires et ont une forte proportion d'acides aminés chargés positivement (en particulier la lysine et l'arginine). Les protéines histones sont divisées en cinq groupes principaux - H1, H2A, H2B, H3 et H4. Les séquences d'acides aminés des quatre groupes H2A, H2B, H3 et H4 ne diffèrent guère entre les différents êtres vivants, alors qu'il y a plus de différences pour H1, une histone de connexion. Dans le cas des globules rouges des oiseaux contenant des noyaux, H1 a même été complètement remplacé par un autre groupe d'histones principal, appelé H5.
La grande similitude des séquences dans la plupart des protéines histones signifie que dans la plupart des organismes, le «conditionnement» de l'ADN se produit de la même manière et la structure tridimensionnelle résultante est également efficace pour la fonction des histones. Au cours de l'évolution, le développement des histones doit s'être produit très tôt et se maintenir avant même l'émergence des mammifères ou des humains.
Anatomie et structure
Dès qu'une nouvelle chaîne d'ADN est formée à partir de bases individuelles (appelées nucléotides) dans une cellule, elle doit être «emballée». A cet effet, les protéines histones se dimérisent, qui forment alors chacune deux tétramères. Enfin, un noyau d'histone est constitué de deux tétramères, l'octamère d'histone, autour desquels le brin d'ADN est enroulé et pénètre partiellement. L'octamère d'histone est ainsi situé dans la structure tridimensionnelle au sein du brin d'ADN torsadé.
Les huit protéines histones avec l'ADN qui les entoure forment l'ensemble du complexe d'un nucléosome. La zone d'ADN entre deux nucléosomes est appelée ADN de liaison et comprend environ 20 à 80 nucléotides. L'ADN de liaison est responsable de l'ADN «entrant» et «sortant» de l'octamère d'histone. Un nucléosome se compose ainsi d'environ 146 nucléotides, d'une partie ADN de liaison et de huit protéines histones, de sorte que les 146 nucléotides s'enroulent 1,65 fois autour de l'octamère d'histone.
De plus, chaque nucléosome est associé à une molécule H1, de sorte que les points d'entrée et de sortie de l'ADN sont maintenus ensemble par l'histone de connexion et la compacité de l'ADN augmente. Un nucléosome a un diamètre d'environ 10 à 30 nm. De nombreux nucléosomes forment la chromatine, une longue chaîne ADN-histone qui ressemble à une chaîne de perles au microscope électronique. Les nucléosomes sont les «perles» qui sont entourées ou reliées par l'ADN en forme de chaîne.
Un certain nombre de protéines non histones soutiennent la formation des nucléosomes individuels ou celle de la chromatine entière, qui forme finalement les chromosomes individuels si une cellule doit se diviser. Les chromosomes sont le type maximal de compression de la chromatine et peuvent être reconnus par microscopie optique lors de la division du noyau d'une cellule.
Fonction et tâches
Comme mentionné ci-dessus, les histones sont des protéines basiques avec une charge positive, elles interagissent donc avec l'ADN chargé négativement par attraction électrostatique. L'ADN «s'enroule» autour des octamères d'histone de sorte que l'ADN devient plus compact et s'insère dans le noyau de chaque cellule. Le H1 a pour fonction de comprimer la structure de chromatine de niveau supérieur et empêche principalement la transcription et donc la traduction, c'est-à-dire la traduction de cette partie d'ADN en protéines via un ARNm.
Selon que la cellule est "au repos" (interphase) ou en division, la chromatine est moins ou plus fortement condensée, c'est-à-dire tassée. Dans l'interphase, de grandes parties de la chromatine sont moins condensées et peuvent donc être transcrites en ARNm, c'est-à-dire lues et ensuite traduites en protéines. Les histones régulent l'activité génique des gènes individuels dans leur voisinage et permettent la transcription et la création de brins d'ARNm.
Lorsqu'une cellule commence à se diviser, l'ADN n'est pas traduit en protéines, mais réparti uniformément entre les deux cellules filles qui sont créées. La chromatine est donc fortement condensée et en plus stabilisée par les histones. Les chromosomes deviennent visibles et peuvent être distribués aux cellules nouvellement émergentes à l'aide de nombreuses autres protéines non histones.
Maladies
Les histones sont essentielles dans la création d'un nouvel être vivant. Si, en raison de mutations dans les gènes d'histones, une ou plusieurs protéines d'histones ne peuvent pas être formées, cet organisme n'est pas viable et le développement ultérieur est arrêté prématurément. Ceci est principalement dû à la conservation élevée de la séquence des histones.
Cependant, on sait depuis un certain temps que chez les enfants et les adultes atteints de diverses tumeurs cérébrales malignes, des mutations peuvent se produire dans les divers gènes d'histones des cellules tumorales. Des mutations dans les gènes d'histones ont été décrites avant tout dans les gliomes dits. Des queues chromosomiques allongées ont également été découvertes dans ces tumeurs. Ces sections terminales des chromosomes, appelées télomères, sont normalement responsables de la longévité des chromosomes. Dans ce contexte, il apparaît que les télomères allongés dans les tumeurs avec des mutations d'histones confèrent à ces cellules dégénérées un avantage de survie.
En attendant, on connaît d'autres types de cancer qui présentent des mutations dans les différents gènes d'histones et produisent ainsi des protéines histones mutées qui n'effectuent pas ou seulement mal leurs tâches de régulation. Ces résultats sont actuellement utilisés pour développer des formes de thérapie pour des tumeurs particulièrement malignes et agressives.
