Dans le noyau des cellules eucaryotes, l'ADN est compacté sous forme de chromosome, ultime forme de compaction. La chromatine est le second niveau d'organisation de l'ADN. C'est une structure variable et dynamique elle-même issue de la compaction de chapelets de nucléosomes. Le nucléosome est donc l'unité de base de la chromatine. Cette structure nucléoprotéique sert de barrière empêchant l'accès de complexes protéiques à l'ADN. Différents facteurs protéiques remodèlent la chromatine, modifient les histones de manière covalente, remplacent les histones canoniques par des variants d'histones ou participent à l'assemblage des nucléosomes. Lors de ce travail de thèse, nous avons travaillé sur deux variants : macroH2A et H2A.Bbd. Ces variants s'incorporent dans une particule nucléosomale et remplacent l'histone canonique H2A. Leur présence crée un nucléosome possédant une structure, une organisation et des caractéristiques particulières. Ainsi la présence de l'un ou l'autre de ces deux variants au sein d'une particule nucléosomale inhibent l'action des facteurs de remodelage SWI/SNF et ACF. Par contre, le variant H2A.Bbd permet de dissocier les différents mécanismes d'action du complexe SWI/SNF. Des expériences de transcription in vitro nous permettent de montrer que le variant macroH2A inhibe la transcription grâce à son domaine macro tandis que le variant H2A.Bbd active la transcription. De la même façon nous montrons que la présence de macroH2A inhibe l'acétylation des histones alors que H2A.Bbd stimule ce phénomène. Le variant H2A.Bbd est associé à des zones actives en transcription, le variant macroH2A à des zones inactives en transcription.

L'organisation de l'ADN sous forme de nucléosome interfère avec différents processus cellulaires. La cellule recrute des facteurs de remodelage et des variants d'histones pour surmonter cette barrière physique. Dans ce travail, nous utilisons la Microscopie à Force Atomique pour visualiser des mono- et des oligo- nucléosomes à l'équilibre et hors-équilibre.<br />Nous montrons que le variant H2A.Bbd modifie la structure et la dynamique du mono-nucléosome et que sa présence altère la faculté de la chromatine à former une structure d'ordre supérieur. En utilisant un modèle physique nous expliquons quantitativement ce comportement par la flexibilité du mono-nucléosome.<br />Nous étudions ensuite le mécanisme du remodelage de mono-nucléosomes par SWI/SNF et RSC. Nous mettons en évidence un intermédiaire réactionnel sous la forme d'un nucléosome sur-complexé apparaissant avant le nucléosome glissé. Enfin au niveau des di-nucléosomes nous montrons que RSC est un ‘randomiseur' processif et séquentiel.

Dans les cellules eucaryotes l'ADN nucléaire est organisé sous la forme de chromatine, dont l'unité de répétition est le nucleosome. En règle générale, la chromatine est considérée comme répressive pour les processus nécessitant un accès à l'ADN tels que la transcription, la réplication ou la réparation. Le nucléosome représente une forte barrière pour des protéines nécessitant l'accès à l'ADN. Pour surmonter cette barrière, la cellule a développé des méthodes variées, dont la plus importante semble être le remodelage des nucléosomes dépendant de l'ATP. Une propriété commune à tous ces facteurs de remodelage est leur capacité de repositionner les nucléosomes le long de l'ADN.<br /><br />Dans ce travail, nous avons étudié le mécanisme de déplacement des nucléosomes par RSC et SWI/SNF, deux facteurs de remodelage de levure bien caractérisés. Nous avons combiné des approches basées sur la visualisation à haute résolution, notamment la microscopie à force atomique (AFM) et la cryo-microscopie électronique, avec des approches nouvelles à pointe de la biochimie et de la biologie moléculaire. <br /><br />Nous avons montré que la mobilisation des nucléosomes par RSC ou SWI/SNF implique des espèces réactionnelles intermédiaires métastables dont l'existence et la structure étaient jusqu'alors inconnues. Ces particules nucléosomales, que nous avons nommé ‘remosomes', possèdent certaines propriétés structurales distinctes des nucléosomes canoniques. En particulier, les ‘remosomes' contiennent ~180 pb d'ADN associées à l'octamère d'histones au lieu de 147 pb pour les nucléosomes canoniques. En utilisant, l'empreinte à la DNase I nous avons montré que le ‘remosome' représente un ensemble de structures multiples caractérisées par un enroulement fortement perturbé de l'ADN sur l'octamère d'histones. Pour caractériser ces ‘remosomes' avec une grande précision, nous avons mis au point une nouvelle technique « one pot in gel assay » qui consiste à cartographier toutes les 10 pb l'accessibilité d'une enzyme de restriction au ‘remosome' fractionné. L'application de cette technique a révélé que le profil de l'accessibilité du ‘remosome' est très différent de celui du nucléosome. Alors que celui du nucléosome peut être extrapolé par une fonction de type hyperbolique, le profil du ‘remosome' est ajusté par une fonction parabolique. <br /><br />Nous avons voulu répondre à la question du mécanisme de l'inhibition de la mobilisation du nucléosome variant H2A.Bbd par SWI/SNF. En utilisant les techniques décrites plus haut sur des nucléosomes variants ou chimériques (contenant des délétions ou translocations de domaines d'histones) nous avons montré que le domaine d'accrochage (‘docking domain') de l'histone H2A est essentiel pour la mobilisation des nucléosomes. Nous avons aussi montré que l'incapacité du nucléosome à glisser est due à la génération d'états intermédiaires ‘remosomes erronés', distincts de ceux apparaissant dans le cas du nucléosome conventionnel.