Une étude, dont les résultats intitulés «Dynamic Competing Histone H4 K5K8 Acetylation and Butyrylation Are Hallmarks of Highly Active Gene Promoters» ont été publiés dans la revue Molecular Cell, a permis de mettre en évidence une nouvelle voie de communication avec les gènes en caractérisant une fonction, inconnue jusqu'ici, de modifications chimiques des histones.

Rappelons tout d'abord que «l'ADN portant nos gènes est organisé en une structure compacte au sein du noyau de nos cellules grâce à des protéines spécifiques, les histones». Des modifications chimiques des histones «qui constituent un véritable langage instruisant la fonction des gènes associés» ont été mises en lumière au cours des dernières décennies et des systèmes moléculaires spécifiques, «qui mettent en place, reconnaissent, interprètent et enlèvent ces modifications», ont été identifiés. Cet ensemble de systèmes «coopère pour diriger le fonctionnement des gènes en fonction de leur environnement moléculaire» directement conditionné par le métabolisme cellulaire.

L'acétylation a été «l'une des premières modifications chimiques identifiée et intensément étudiée». Mise en place par des enzymes, les histones-acétyltransférases (HAT), elle «est reconnue par des protéines portant un domaine particulier, le bromodomaine» et «enlevée par d’autres enzymes, les histones-déacétylases (HDAC)».

Comme «les HAT utilisent l’acétyl-CoA, une petite molécule produite par le métabolisme, pour diriger l’acétylation des histones» modifiant directement «l’empaquetage des gènes par les histones» ou constituant «un signal pour l’action d’autres protéines sur les gènes», ce système lie «le fonctionnement des gènes à la production de l’acétyl-CoA dans les cellules» et, en conséquence, «l’activité des gènes au métabolisme».

L'étude ici présentée montre «que l’acétylation des histones a un compétiteur, la butyrylation, une modification qui prend sa source également dans le métabolisme»: plus précisément, il a été observé, de manière surprenante, «que les gènes les plus actifs, non seulement sont marqués par l’acétylation des histones, mais également par la butyrylation de ces mêmes histones» et même «que l’enzyme qui acétyle les histones en dirige aussi une butyrylation».

Du fait que la butyrylation, qui active directement l’expression des gènes comme l’acétylation des histones, «empêche les protéines qui reconnaissent l’acétylation de se fixer aux histones», cette étude révèle «un aspect de l’expression active des gènes qui est basé sur une alternation successive des différentes modifications chimiques des histones avec des conséquences fonctionnelles opposées», ce système créant «un état dynamique d’aller-retour des facteurs au niveau des gènes, nécessaire au maintien de leur expression active».

Cette découverte est «porteuse de nouveaux concepts permettant de mieux comprendre comment les gènes fonctionnent et comment l’environnement communique avec eux», car «un changement dans le ratio de l’acétylation et de la butyrylation des histones, venant tous les deux du métabolisme», peut potentiellement affecter durablement «l’état de l’expression des gènes», ce qui expliquerait «comment un désordre métabolique pourrait drastiquement modifier l’expression du génome».