Les AAA+ et la dynamique génomique

a) Activité des Rpt 

Le premier lien entre le protéasome et l'activité génomique a été observé par l'équipe de Johnston en 1992. Celle-ci étudiait des levures ayant une mutation dans le domaine d'activation de la protéine Gal4 (gal4D), protéine qui permet l'activation de la transcription des gènes régulés par le galactose (GAL). Malgré cette mutation, certaines levures proliférèrent dans un milieu galactose. Elles possédaient donc un facteur capable de rétablir la transcription des GAL. L'un de ses facteurs fut identifié par l'équipe de Johnston comme Sug1-1, forme mutée de SUG1. Son modèle de travail plaçait SUG1 et ses homologues comme un nouveau facteur de transcription agissant sur l'activité transcriptionnelle des GAL par interaction avec Gal4 au niveau de sa région interne et de

89 son domaine d'activation C-terminal. Sug1-1, n’interagissant qu'avec la région interne de Gal4, permettait le recrutement de la machinerie transcriptionnelle malgré une délétion de Gal4D dans sa zone activatrice et par ce biais pouvait rétablir l'activation transcriptionnelle des GAL (Swaffield, Bromberg & Johnston, 1992).

Ce nouveau cofacteur transcriptionnel, SUG1, s'avéra être l'homologue de Rpt6, une des AAA-ATPase de l'APIS du protéasome. En utilisant le même concept de rétablissement de la transcription des GAL dans les levure Gal4D, cinq des six AAA-ATPases de l' APIS ont été ensuite liées à l'activité transcriptionnelle (Melcher & Johnston, 1995 – Chang, Gonzalez, Rothermel, Sun, Johnston & Kodadek, 2001 – Ferdous, Gonzales, Sun, Kodadek & Johnston, 2001). Les premiers liens entre les composants du protéasome et l'activité génomiques étaient introduits.

Des études plus récentes ont ensuite montré l'implication de la particule 19S ou du complexe 26 S dans différents événements de la dynamique chromatinienne comme les différentes étapes de la transcription, la réponse au stress, la réparation des dommages à l'ADN, le recrutement de certains facteurs de transcription, le turn-over par protéolyse des facteurs de transcription ou les modifications post-traductionnelles des histones.

(1) Implication dans la réponse au stress 

Une publication récente a montré que certains composants de 19S sont nécessaires à une réponse efficace aux stress thermiques ou oxydatifs dans les levures (Sulahian, Johnston,

90 Kodadek, 2006). En effet une délétion de Sug1/Rpt6 ou de Sug2/Rpt4 dans les levures entraine une très forte baisse de transcription des gènes codant pour les hsp (étude sur HSP26 et HSP104), protéines chaperonnes intervenant dans la survie cellulaire lors de choc thermique des cellules. La particule 20S ne semble par contre pas avoir d'effet notable sur la transcription des hsp lors de leur activation par choc thermique. Des résultats similaires ont été observés sur l'activation de la transcription de gènes régulés par stress oxydatif (dans l'étude de Sulahian et al observation de GAD1 et PDR5).

Le fait que seuls les composants de la particule 19S soient impliqués dans le bon déroulement de la transcription induite par stress montre un rôle non catalytique de ce fragment du protéasome. De plus, cette étude montre une interaction physique entre les promoteurs des gènes activés par stress et les AAA-ATPases Sug1/Rpt6, Sug2/Rpt4 et Cim5/Rpt1 - mais pas de la particule 20S - quelques minutes après induction par stress. Ce recrutement préférentiel de certains composants de 19S a déjà été observé par Gonzalez et al sur les sites de gènes actifs transcriptionnellement (Gonzales et al., 2002).

(2) Implication dans les étapes de la transcription 

La participation du protéasome ou de ses composants ne se limite pas à la l'activation transcriptionnelle des facteurs de survie aux stress cellulaires. Plusieurs publications montrent un recrutement de l' APIS au niveau des gènes activés, notamment Gonzalez et al qui observent dans les levures le recrutement Gal4-dépendant de Sug1/Rpt6 et Yta1/Rpt5 sur le promoteur GAL1-10 sous induction galactose, mais pas de la particule

91 20S ni même de Rpn9, protéine du couvercle de 19S. De même, seul l'APIS interagit physiquement avec l'activateur transcriptionnel Gal4 (Gonzales et al., 2002 – Melcher & Johnston, 1995). Cela permet de supposer que le rôle des Rpt est indépendant du complexe catalytique 20S et que c'est un APIS indépendant physiquement du reste de 19S qui est impliqué dans l'activation de la transcription au niveau des promoteurs.

Pour d'autres acteurs de l'activation comme le complexe SAGA, les Rpt du protéasome sont primordiales. Comme il a été vu dans un chapitre précédent, SAGA est recruté sur les promoteurs de certains gènes et facilite l’assemblage du complexe de pré-initiation de transcription.

L'équipe de Workman montre que les AAA-ATPases de 19S sont requises dans l'interaction SAGA/activateurs et stimulent le recrutement de SAGA sur les promoteurs (Lee et al., 2005). La conséquence d'une inhibition des Rpt est une baisse de l'activité enzymatique du complexe SAGA et de son recrutement au niveau des sites actifs de transcription.

Après l'activation, les Rpt sont impliquées dans la bonne marche de l'élongation. Ferdous et al montre que des levures délétées de Sug1/Rpt6 ou Sug2/Rpt4 présentent des défauts d'élongation (Ferdous et al., 2001). In vitro la transcription peut être inhibée par des anticorps contre Rpt6 ou par inactivation de mutants thermosensibles de Sug1/Rpt6 ou Sug2/Rpt4, puis restaurée par addition de la particule 19S immunopurifiée. De plus l'APIS peut interagir avec le facteur d’élongation Cdc68.

92 l'élongation et sur le site de terminaison de la transcription (Gillette et al., 2004). En comparant le temps d'apparition de l' ARN complètement transcrit de GAL1 avec le pic de recrutement de 20S ainsi que de l'ARN polymérase II au niveau du site 3' de terminaison de ce même gène, Gillette et al ont établi que la particule centrale du protéasome, probablement dans le contexte de 26S est activement impliquée dans la terminaison de la transcription et semble interagir avec l'ARN polII. L'hypothèse la plus envisagée actuellement est que le complexe 26S est recruté au niveau des sites de pause de transcription, et donc du site de terminaison, et permet la dégradation de l'ARN polII et/ou de ses partenaires, libérant ainsi et le site de blocage, et l'ARNnouvellement transcrit. La fonction protéolytique du protéasome complet est aussi observée dans le turn-over de gal4 et d'autres facteurs de transcription (Muratani et al., 2005). Leur stabilité baisse en même temps qu'augmente leur activité (Bastien & Rochette-Egly, 2004).

Ces études montrent que l'implication du protéasome, et plus particulièrement des Rpt, ne se limite pas à la seule dégradation des protéines au cours de la voie ubiquitine. De façon directe ou indirecte, par la diversité de leurs membres et de leurs partenaires, les Rpt ont une influence claire sur la dynamique chromatinienne et sur son activité.

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