Chapitre IV : Les facteurs de transcription de type MYB
2. Caractéristiques structurales des facteurs MYB de plantes
2.1 Le domaine de liaison à l’ADN : le domaine MYB, signature de la
famille
Le domaine MYB, responsable de la liaison à l’ADN, est la signature des protéines de type MYB. Son unité structurale de base, très conservée dans les différents règnes, est un domaine hélice-tour-hélice d’environs 53 acides aminés présentant un « cœur tryptophane » composé de 3 résidus W séparés de 18 à 19 acides aminés (Weston and Bishop, 1989). Cet espacement permet l’établissement d’une structure hydrophobe dont le rôle est primordial dans sa liaison à l’ADN (Saikumar et al., 1990). Chez le facteur de transcription animal c-Myb (Figure 42), le domaine MYB est composé de 3 répétitions imparfaites de cette unité, notées R1, R2, R3. Contrairement aux MYB animaux, le nombre de répétitions dans le domaine MYB varie chez les plantes permettant ainsi de classer les protéines de cette famille multigénique en 3 sous-familles en fonction du nombre de répétitions adjacentes (Stracke et al., 2001) :
- Les facteurs MYB3R ont été identifiés au nombre de 5 chez Arabidopsis thaliana suite à
l’analyse du génome complet d’Arabidopsis. Ces facteurs existent aussi chez d’autres espèces végétales telles que Nicotiana benthamiana (Ito, 2005). Leur structure est similaire à celle des facteurs MYB animaux laissant supposer une filiation directe. De plus, Ito et collaborateurs ont montré que les facteurs NtmybA1, NtmybA2 et NtmybB sont capables de se lier in vitro à une
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séquence d’ADN spécifique AACGG nommé MSA (M phase-specific activator) reconnue également par c-Myb. Il n’est donc pas étonnant que les facteurs MYB3R animaux et végétaux jouent un rôle similaire dans le contrôle du cycle cellulaire. Cependant ils régulent deux phases différentes de la mitose, ce qui suggère malgré leur structure similaire, qu’ils possèdent des cibles différentes.
- Les facteurs MYB-R2R3, sont composés de 2 répétitions R2 R3 (Figure 42). Il faut noter que dans la répétition R3 le premier résidu tryptophane est remplacé par un résidu phénylalanine conservé. Par ailleurs, ce sont les facteurs MYB les plus abondants chez les végétaux. Ils sont au nombre de 126 chez Arabidopsis thaliana, 97 chez le Maïs (Stracke et al., 2001). Le premier gène MYB identifié chez Arabidopsis thaliana a été le gène GL1, renommé AtMYB0, impliqué dans la formation des trichomes (Oppenheimer et al., 1991).
- Les facteurs MYB1R ne possèdent qu’une seule répétition du domaine MYB ou des répétitions
d’un même domaine MYB atypique. Les MYB1R les plus connus sont impliqués dans la régulation des rythmes circadiens tels que CCA1 ou LHY (Wang et Tobin, 1998), ou StMYB1 identifié chez la Pomme de terre (Baranowskij et al., 1994) (Figure42).
Une cinquantaine de « MYB-related », dont la séquence contient des répétitions d’un domaine MYB atypique, sont dénombrés chez Arabidopsis. Parmi ceux-ci, AtMYBCDC5 possède un domaine MYB avec deux répétitions R qui présentent peu d’homologies avec les autres domaines R (31%) (Hirayama and Shinozaki, 1996) et AtMYB4R1 qui renferme 4 répétitions MYB de type R2R3 (Stracke et al., 2001). D’autres facteurs de transcription de structure proche (GARPs, ARRs) sont parfois associés aux gènes MYB.
De nombreuses études montrent la fonctionnalité in vitro du domaine de liaison à l’ADN (Grotewold et al., 1994; Ito et al., 2001; Zhong et al., 2008; Zhou et al., 2009). Les protéines MYB se lient à l’ADN de manière séquence-spécifique grâce au domaine de liaison formé par les répétitions R2 et R3. La première étape pour l’identification de cibles est donc l’étude des motifs spécifiques pour la liaison. Les facteurs de transcription MYB animaux c-Myb, A-MYB et B-MYB se lient au site MBSI (MYB binding site I : T/CAACG/TGA/C/TA/C/T). Chez les plantes, il s’avère que ces motifs reconnus comme cibles potentielles des facteurs MYB soient beaucoup plus variables. Certaines protéines végétales peuvent se lier au site MBSI, d’autres peuvent également se lier au site MBSII (TAAC-TAAC) qui constitue une séquence reconnue par la majorité des protéines MYB de type R2R3 (Romero et al., 1998). Cependant il existe de nombreuses exceptions et une séquence cible n’est pas systématiquement identifiée. On peut également observer que certains motifs reconnus comme cibles sont corrélés aux fonctions biologiques que régule le facteur. En effet, l’élément cis MSA est reconnu de façon spécifique par les facteurs MYB1R impliqués dans le contrôle du cycle cellulaire (Ito et al., 2001). Par ailleurs, dans le cadre d’une interaction MYB/bHLH pour l’activation d’un gène cible, il est nécessaire que les promoteurs contiennent des MBS putatifs et au moins un élément cis de liaison au bHLH (Wang and Chen, 2008). Par ailleurs, il semble que ce domaine joue également un rôle dans les interactions avec d’autres protéines (§3.3.1).
2.2 Domaines activateurs et répresseurs de l’activité transcriptionnelle
La plupart des protéines MYB sont prédites pour être des activateurs transcriptionnels avec un domaine de trans-activation acide dans sa partie C-terminale, homologue à celui du gène c-MYB (Weston, 1998). Il est déterminé par une hélice -amphiphile prédite comme un domaine d’activation deprovenant d’autres espèces (ZmMYBC1, AmMYBMIXTA, AmMYBPHAN, HvMYBGA, NtMYB1, PhMYBAN2 et Mmc-Myb). Ces protéines ont été regroupées grâce au programme PHYLIP (Felsenstein, 1995) et les motifs communs détectés en utilisant MEME (Bailey et Elkan, 1994). X; n’importe quel résidu acide-aminé.
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la transcription (Ptashne, 1988). L’activité de trans-activation de nombreux facteurs MYB a été testée in
vitro par simple hybride chez la levure (Goff et al., 1992; Quattrocchio et al., 2006; Zhang et al., 2009;
Zhong et al., 2007). Une étude montre que le domaine putatif de trans-activation est bien activateur. En effet, l’activité transcriptionnelle de délétions successives de la protéine AtMYB118 a été testée chez la Levure, permettant de définir in vitro un domaine de 36 acides aminés en C-terminal essentiels pour cette activité (Zhang et al., 2009). En outre, il faut noter que les séquences des régions C-terminales sont peu conservées, ceci étant certainement lié à des spécificités fonctionnelles (Stracke et al., 2001).
La plupart des protéines MYB sont décrites comme étant des activateurs transcriptionnels, comme nous l’avons vu ci dessus. Cependant certains gènes MYB sont des répresseurs et un bon nombre d’entre eux possède un double rôle d’activateur et de répresseur. Par exemple, C-Myb possède un domaine de régulation négative ou DRN placé en C-terminal du domaine de transactivation (Figure 42). Son action se traduit par une inhibition de l’activation de gènes (Sakura et al., 1989). De plus, un autre domaine de type Leucine Zipper (LZ), placé également en C-terminal, joue un rôle similaire de répresseur (Kanei-Ishii et
al., 1992). Il faut noter qu’aucun facteur MYB végétal ne possède de tels domaines. Néanmoins, les gènes AmMyb305 d’Anthirrhinum et son orthologue chez Arabidopsis AtMYB4 régulent l’accumulation d’esters
protecteurs d’UV en réprimant le gène codant une enzyme clé, la cinnamate-4-hydrolase (C4H) (Jin et al., 2000). De même, AtMYB32 est capable de réprimer le gène COMT chez Arabidopsis. Il est intéressant de noter que ces répresseurs appartiennent tous au même sous-groupe 4. Les caractéristiques communes de ces gènes sont l’existence d’un motif conservé pdLNLD/ELxiG/S et d’un domaine putatif en doigt de zinc dans la partie C-terminale de ces protéines. On peut donc supposer que ces domaines seraient répresseurs de la transcription (Du et al., 2009).
2.3 Les séquences de localisation nucléaire
Afin de pouvoir activer la transcription de gènes cibles, les facteurs de transcription doivent être localisés dans le noyau. Pour cela, on trouve fréquemment chez ces TF une séquence d’adressage au noyau, telle NLS (Nuclear Localization Signal) au sein des répétitions MYB (Lipsick, 1996). Des expériences de localisation subcellulaire in vivo ont été réalisées avec l’aide de la protéine fluorescente GFP (Green Fluorescent Protein) ou de ses dérivés, montrant une localisation nucléaire des facteurs de transcription de type MYB (Carre and Kim, 2002; Nesi et al., 2001; Seo et al., 2009; Zhong et al., 2008).
2.4 Des motifs d’acides aminés conservés en C-terminal
Chez les gènes MYB R2R3, la plus forte homologie de séquence se situe au niveau du domaine MYB. Néanmoins, quelques courts motifs de séquences (5 à 20 acides aminés) communs à plusieurs MYB R2R3 se répartissent dans la région C-terminale. Ces motifs spécifiques ont été utilisés pour réaliser une classification en 24 sous-groupes de la famille des gènes MYB R2R3 (Stracke et al., 2001) (Figure 43). Ils pourraient constituer des domaines de régulation de ces TF et contribuer à la spécificité de fonction de certains sous-groupes de gènes (cf exemple ci-dessus).