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Structure of an H1-Bound 6-Nucleosome Array Reveals an Untwisted Two-Start Chromatin Fiber Conformation

Authors :
Ali Hamiche
Manu S. Shukla
Jan Bednar
Hervé Menoni
Isabel Garcia-Saez
Dimitrios A. Skoufias
Ramachandran Boopathi
Marjolaine Noirclerc-Savoye
Carlo Petosa
Stefan Dimitrov
Aline Le Roy
Dimitar Angelov
Lama Soueidan
Institut de biologie structurale (IBS - UMR 5075 )
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG)
Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA))
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA))
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)
Laboratoire de biologie et modélisation de la cellule (LBMC UMR 5239)
École normale supérieure de Lyon (ENS de Lyon)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL)
Université de Lyon-Université de Lyon-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Institute for Advanced Biosciences / Institut pour l'Avancée des Biosciences (Grenoble) (IAB)
Centre Hospitalier Universitaire [Grenoble] (CHU)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Etablissement français du sang - Auvergne-Rhône-Alpes (EFS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])
First Faculty of Medicine Charles University [Prague]
Institut de Génétique et de Biologie Moléculaire et Cellulaire (IGBMC)
Université de Strasbourg (UNISTRA)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Institut d'oncologie/développement Albert Bonniot de Grenoble (INSERM U823)
Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-CHU Grenoble-EFS-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)
ANR-16-CE12-0013,EpiVarZ,Analyses intégratives du variant d'histone H2A.Z au niveau moléculaire, fonctionnel et structural(2016)
ANR-18-CE12-0010,ZFun,Fonctions biologiques de l'histone variant H2A.Z(2018)
ANR-17-CE11-0019,Chrom3D,Le rôle de l'histone H1 et de CENP-C dans la structure et les propriétés épigénétiques de la chromatine(2017)
Département de Génomique Fonctionnelle et Cancer
Laboratoire de Biologie Moléculaire de la Cellule (LBMC)
Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École normale supérieure - Lyon (ENS Lyon)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL)
Université de Lyon-Université de Lyon
Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG)
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
École normale supérieure - Lyon (ENS Lyon)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL)
Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Strasbourg (UNISTRA)
Source :
Molecular Cell, Molecular Cell, 2018, 72 (5), pp.902-915.e7. ⟨10.1016/j.molcel.2018.09.027⟩, Molecular Cell, Elsevier, 2018, S1097-2765 (18), pp.30798-6. ⟨10.1016/j.molcel.2018.09.027⟩, Molecular Cell, Elsevier, 2018, 72 (5), pp.902-915.e7. ⟨10.1016/j.molcel.2018.09.027⟩
Publication Year :
2018
Publisher :
HAL CCSD, 2018.

Abstract

International audience; Chromatin adopts a diversity of regular and irregular fiber structures in vitro and in vivo. However, how an array of nucleosomes folds into and switches between different fiber conformations is poorly understood. We report the 9.7 Å resolution crystal structure of a 6-nucleosome array bound to linker histone H1 determined under ionic conditions that favor incomplete chromatin condensation. The structure reveals a flat two-start helix with uniform nucleosomal stacking interfaces and a nucleosome packing density that is only half that of a twisted 30-nm fiber. Hydroxyl radical footprinting indicates that H1 binds the array in an on-dyad configuration resembling that observed for mononucleosomes. Biophysical, cryo-EM, and crosslinking data validate the crystal structure and reveal that a minor change in ionic environment shifts the conformational landscape to a more compact, twisted form. These findings provide insights into the structural plasticity of chromatin and suggest a possible assembly pathway for a 30-nm fiber.

Details

Language :
English
ISSN :
10972765 and 10974164
Database :
OpenAIRE
Journal :
Molecular Cell, Molecular Cell, 2018, 72 (5), pp.902-915.e7. ⟨10.1016/j.molcel.2018.09.027⟩, Molecular Cell, Elsevier, 2018, S1097-2765 (18), pp.30798-6. ⟨10.1016/j.molcel.2018.09.027⟩, Molecular Cell, Elsevier, 2018, 72 (5), pp.902-915.e7. ⟨10.1016/j.molcel.2018.09.027⟩
Accession number :
edsair.doi.dedup.....bf8dde3f5e571961a5e4f20ffb906138