Les scientifiques du Helmholtz Zentrum München et de la Ludwig-Maximilians-Universität Munich (LMU) ont découvert que deux nouvelles classes de modifications des histones associent le métabolisme cellulaire à l'activité des gènes. L'étude a été publiée dans Nature Biologie structurale et moléculaire .

L'ADN est enroulé autour de protéines appelées histones, qui servent à emballer l'ADN à l'intérieur du noyau cellulaire et jouent un rôle important dans la régulation de l'expression des gènes. Les protéines histones peuvent être modifiées avec de petits groupes chimiques, dont beaucoup sont des produits du métabolisme cellulaire. En altérant ou en améliorant la transcription, ces modifications sont capables d'influencer l'activité des gènes.

Bien que cela puisse fournir un mécanisme potentiel par lequel notre environnement - par exemple la nourriture que nous mangeons - peut entraîner des changements dans l'expression des gènes, on ne sait toujours pas comment les marques d'histone sont réellement couplées au métabolisme cellulaire et comment cela pourrait affecter l'organisation de la chromatine et l'activité des gènes.

Dans cette étude, L'équipe de Robert Schneider de l'Institute of Functional Epigenetics (IFE) à Helmholtz Zentrum München et LMU a examiné deux nouvelles modifications, la propionylation et la butyrylation (c'est-à-dire l'ajout de groupes propionyle et butyryle aux protéines histones). Les chercheurs ont découvert que des groupes propionyle et butyryle peuvent être présents sur l'histone H3, spécifiquement au niveau du résidu lysine 14 (H3K14).

Le propionate et le butyrate sont des produits du métabolisme des acides gras

Selon l'étude, ces modifications marquent spécifiquement les gènes fortement exprimés et leur présence change lors d'altérations métaboliques, par exemple à jeun. Les chercheurs ont également montré que la propionylation des histones peut entraîner la transcription dans le tube à essai (in vitro), suggérant qu'il s'agit d'une marque stimulatrice capable de provoquer l'expression de gènes lorsqu'elle est présente. "De façon intéressante, le propionate et le butyrate sont des produits du métabolisme des acides gras", explique Robert Schneider. "Cela signifie que ces modifications des histones pourraient être un moyen par lequel l'état métabolique de la cellule est lié à l'architecture de la chromatine."

L'une des façons dont les modifications des histones provoquent des réponses biologiques est d'être reconnues par des protéines spécifiques, soi-disant "lecteurs". En utilisant une combinaison d'essais pulldown et de spectrométrie de masse, l'équipe a identifié les protéines de lecture spécifiques pour ces nouvelles marques. L'ajout de ces marques en réponse au métabolisme des acides gras et à la liaison des protéines de lecture modifie la signature de la chromatine et donc son état fonctionnel. « Ces résultats sont particulièrement significatifs en ce qui concerne les maladies métaboliques, comme le diabète et l'obésité", a déclaré Schneider. "Notre objectif est maintenant d'étudier le rôle de ces nouveaux commutateurs géniques dans les modèles de maladies."

Les résultats suggèrent un rôle possible de la propionylation des histones dans la signalisation métabolique et la maladie, car la propionyl-CoA carboxylase (l'enzyme qui dégrade ce cofacteur) est impliquée dans les maladies métaboliques et altère en effet la propionylation des histones.