Function of the flexible DNA ends of CENP-A nucleosome in the organisation of centromeric chromatin

CENP-A est le variant d’histone qui remplace spécifiquement l’histone H3 au niveau des centromères et confère ses propriétés uniques à la chromatine centromérique. La cristallographie aux rayon X, ainsi que la digestion à la MNase des nucléosomes contenant CENP-A suggèrent une flexibilité de l’ADN entrant et sortant de ce nucléosome. Néanmoins ces déductions restent aujourd’hui au stade hypothétique, en particulier, rien n’est connu sur le rôle éventuelle de cette particularité dans la fonction du nucléosome CENP-A. L’utilisation de la cryo-électromicroscopie nous a permis de déterminer les caractéristiques de la dynamique de l’ADN sortant du nucléosome CENP-A. Nos analyses biochimiques, de protéomiques et de pseudo-génétiques révèlent que la flexibilité élevée de l’ADN du nucléosome CENP-A ne permet pas l’interaction avec l’histone de liaison H1. In vitro, remplacer les 2 tours de l’hélice aN de CENP-A avec les 3 tours de l’hélice aN de H3 permet de restaurer l’interaction de l’histone H1. In vivo, le replacement des nucléosomes CENP-A par des nucléosomes contenant ce même nucléosome hybride aN-CENP-A permet également le recrutement de H1, mais cela conduit également à la délocalisation d’un certain nombre de protéines du kinétochore. Ce kinétochore ne permet pas une ségrégation correcte des chromosomes et il conduit à des phases de mitose et de cytokinèse défectueuses. L’ensemble de ces données montre que la conservation au cours de l’évolution de la flexibilité de l’ADN dans le nucléosome CENP-A est essentielle pour l’accomplissement de la division cellulaire.CENP-A is a histone variant, which replaces histone H3 at centromeres and confers unique properties to centromeric chromatin. The crystal structure and MNase digestion of CENP-A nucleosome suggests flexible nucleosomal DNA ends but their dynamics in solution remains elusive and their implication in centromere function is unknown. Using electron cryo-microscopy we determined the dynamic solution properties of the CENP-A nucleosome. Our biochemical, proteomic and genetic data reveal that the high flexibility of the DNA ends impairs histone H1 binding to the CENP-A nucleosome. Substituting the 2-turn aN-helix of CENP-A with the 3-turn N-helix of H3 results in particles able to bind histone H1. In vivo replacement of CENP-A nucleosomes with the same NH3-CENP-A hybrid nucleosomes leads to H1 recruitment, delocalization of kinetochore proteins and significant mitotic and cytokinesis defects. Put together, ourdata reveal that the evolutionarily conserved flexible ends of the CENP-A nucleosomes are essential to ensure the fidelity of the mitotic pathway