Une étude, dont les résultats intitulés «DNA polymerase epsilon is required for heterochromatin maintenance in Arabidopsis» ont été publiés dans la revue Genome Biology, a permis de montrer que l’ADN polymérase epsilon, qui intervient lors de la réplication de l’ADN, assure une fonction cruciale dans le maintien de la structure et de la fonction de l’hétérochromatine.

Relevons tout d'abord que, dans les noyaux des cellules eucaryotes, «les molécules d’ADN sont associées à différentes protéines dont les histones», une association qui forme la chromatine «présente sous deux formes principales appelées euchromatine et hétérochromatine». L'hétérochromatine «comparée à l’euchromatine qui contient la majorité des gènes», ne contient que peu de gènes; en fait, elle est fortement compactée, «principalement constituée de nombreux éléments transposables et autres séquences répétées dont l’expression est inactivée».

Concrètement, «l'ADN et les histones de l’hétérochromatine sont associées à des modifications chimiques (marques épigénétiques) caractéristiques». Ainsi, «dans l’hétérochromatine de la plante modèle Arabidopsis thaliana, les cytosines de l’ADN sont fréquemment méthylées, ainsi que les histones H3 au niveau de leurs lysines 9», des marques épigénétiques «généralement nécessaires à l’inactivation de la transcription».

Dans ce contexte, «en recherchant des protéines impliquées dans l’inactivation transcriptionnelle de l’hétérochromatine», l'étude ici présentée a «identifié la sous-unité POL2A de l’ADN polymérase epsilon dont l’activité enzymatique permet la synthèse du brin direct lors de la réplication de l’ADN».

Plus précisément, «l'ADN polymérase epsilon est constituée de quatre sous-unités: une grande sous-unité catalytique appelée POL2, et trois sous-unités accessoires (Dpb2, 3 et 4)». Alors que «le génome d’Arabidopsis contient deux gènes codant la sous-unité catalytique de la polymérase epsilon, POL2A et POL2B», seul POL2A est un gène essentiel: en effet, en premier lieu, «en l’absence de protéine POL2A fonctionnelle, la répression transcriptionnelle de l’hétérochromatine est déstabilisée, et l’hétérochromatine, normalement agencée en grosses structures nucléaires, se fragmente»; en second lieu, les analyses «démontrent que POL2A inhibe la méthylation de l’ADN et de la lysine 9 de l’histone H3, de telle sorte que l’activation transcriptionnelle de l’hétérochromatine est paradoxalement associée à une augmentation du niveau de ces marques épigénétiques».

En fin de compte, d'une manière plus générale, cette étude révèle, «par l’analyse d’autres mutants et l’utilisation de drogues induisant un stress réplicatif», que «l'altération de la réplication de l'ADN déclenche systématiquement une augmentation de la méthylation de l'ADN hétérochromatine et déstabilise sa répression transcriptionnelle». Elle met ainsi en lumière «le lien fonctionnel étroit existant entre la réplication de l’ADN et le maintien de la structure et de la fonction de l’hétérochromatine».