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Single-molecule FRET reveals multiscale chromatin dynamics modulated by HP1α

Résumé

The dynamic architecture of chromatin fibers, a key determinant of genome regulation, is poorly understood. Here, we employ multimodal single-molecule Förster resonance energy transfer studies to reveal structural states and their interconversion kinetics in chromatin fibers. We show that nucleosomes engage in short-lived (micro- to milliseconds) stacking interactions with one of their neighbors. This results in discrete tetranucleosome units with distinct interaction registers that interconvert within hundreds of milliseconds. Additionally, we find that dynamic chromatin architecture is modulated by the multivalent architectural protein heterochromatin protein 1α (HP1α), which engages methylated histone tails and thereby transiently stabilizes stacked nucleosomes. This compacted state nevertheless remains dynamic, exhibiting fluctuations on the timescale of HP1α residence times. Overall, this study reveals that exposure of internal DNA sites and nucleosome surfaces in chromatin fibers is governed by an intrinsic dynamic hierarchy from micro- to milliseconds, allowing the gene regulation machinery to access compact chromatin.

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Le remodelage de la chromatine est l'un des trois mécanismes de modification de la structure de la chromatine. Intervenant d'abord au cours de l'étape de maturation de la chromatine, il permet l'obtention d'un certain état final de sa structure. Plusieurs protéines sont impliquées dans ce processus de remodelage (familles SW1/SNF, ISW1, INO, CHD). Ces protéines, appelées facteurs de remodelage de la chromatine, forment des complexes multi-protéiques et utilisent l'énergie libérée par l'hydrolyse de l'ATP pour induire des changements conformationnels au niveau du nucléosome et des domaines de la chromatine.
Régulation de la transcription
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Nucléosome
vignette|Schéma de trois nucléosomes mis bout à bout, formant une partie d'un nucléofilament de 11 nm. Le nucléosome est un complexe comportant un segment d’ADN de 146 ou 147 paires de nucléotides, enroulé autour d'un cœur formé de protéines (les histones). Chez les eucaryotes, le nucléosome constitue l’unité de base d'organisation de la chromatine. Il représente le premier niveau de compaction de l’ADN dans le noyau, on compare souvent sa géométrie à celle d'un fil enroulé autour d'une bobine.
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