Phenomenological theory of chromatin architecture : Liquid-crystalline order induced by nucleosome polarity and chirality correlations

Le programme d'expression de genes dans des cellules eucaryotes depend fortement de l'etat du porteur du genome. L'etat physique de la fibre de chromatine est un element cle de ce programme. Cependant, malgre l'effort considerable fourni pour elucider la structure et les principes physiques de l'organisation de la chromatine, ces principes restent flous. La theorie phenomenologique permet d'analyser l'organisation probable de la chromatine de point de vue thermodynamique. Dans cette these, nous etudions l'ordre liquide-cristallin qui resulte de l'equilibre entre le desordre thermique dans la chromatine et les interactions electrostatiques (et mecaniques) de ses constituants. En utilisant les resultats experimentaux largement acceptes, nous identifions les proprietes robustes mesogenes des nucleosomes (nano-assemblages ADN-proteines) a une petite echelle, et nous montrons comment les correlations de ces parametres controlent l'ordre qui s'installe dans la chromatine a l'echelle plus grande. Le modele est base sur les correlations des caracteristiques polaires et chirales des nucleosomes. La theorie phenomenologique permet de decrire les phases condensees dans des solutions aqueuses des nucleosomes avec l'ADN linker digere par des enzymes, aussi bien dans des conditions physiologiques que dans une large gamme de concentration du sel monovalent. Nous utilisons l'hypothese que pour les memes conditions physiologiques les mecanismes physiques qui agissent dans les solutions condensees et dans la fibre sont similaires. Cela nous permet par la suite d'effectuer l'analyse de symetrie, construire le modele de l'energie libre, et predire les etats liquide-cristallins helicoidaux de la fibre favorises thermodynamiquement. En plus des modeles de « solenoide » et de « l'helice a deux departs » discutes dans la litterature, nous montrons la possibilite des arrangements nucleosomiques « a plusieurs departs » et la biaxialite possible de ces structures. L'effet de l'application d'un champ de force homogene a la fibre de chromatine dans des experiences biochimiques est egalement etudie. Nous montrons que le deroulement de l'etat helicoidal est un processus multi-etapes, et nous presentons ses details structuraux et thermodynamiques.