Chrom atine et régions régulatrices long ue dis tance

Au sein du noyau interp has iq ue, d e nomb re uses protéines s’asso cient à l’AD N afin d’initier la transcriptio n des gènes e n ARNm, éléme nts néces saires à leur trad uction e n protéine. D ’a utres protéines p erm ette nt q uant à elles une structuration et une co mpactio n des p lusieurs m ètres d’AD N com posant le g éno m e d ’un organis me , en perm ettant à l’e nsem ble de cette informatio n génétique d’être conte nue dans un noyau de q uelques m icro mètres s ous forme de chromatine. Le term e chrom atine vie nt d u latin khrb ma (coule ur), tout d’a bord d éfini par W althe r Flem m ing e n 1882 comm e une structure aya nt la propriété de se colore r e n absorba nt des colorants b as ophiles [Fle m m ing, 1882 ; Paweletz, 2001]. La c hromatine es t actuelle m ent définie comm e l’enroule m ent d e d eux bo ucles de 73 paires d e bas e (p b) d’AD N (soit 146 pb ) auto ur d ’un octamère d e protéines histones, a ussi appe lées core histones [Luger et al., 1997], chac une présente en d eux copies. U n nucléosom e est ainsi com posé de deux histones H 2A, d eux histones H 2B , deux histo nes H3 et de ux histones H4 [L uger et al., 199 7] ainsi q ue de 146 nucléotides (Figure 10). C hez la plupart des e spèces, une fa mille additionne lle d e protéine histone est présente da ns la chromatine avec une stœ chiom étrie de 1 po ur 1 vis-à-vis des nucléosom e s : les Histones Linker (ou H1). Ces protéines ne parta gent pas d’homologie de structure avec les core histones [Allan et al., 1980 ; Syed et al., 2010] et se lient à la partie e xtérieure du nucléosom e , pe rm ettant de stabiliser l’a ncrage de l’AD N autour du nucléosom e.

http ://www.m un.ca/b iology/d esm id /b rian /BIO L2060/BIO L2060-18/18_21.jp g https://ww w.m echan obio.info/topics/genom e-regulation/d na-p ackaging/

Fig ure 10 | Le nucléosome , structure d e base de la chromatine. A) La chromatine est constituée d’AD N double b rin s ’e nroula nt a utour des nucléosom es en éta nt m aintenus par d e s histones H1. E ntre chaque nucléosom e se trouve une portion d ’AD N libre (Linke r D NA). B) Chaque nucléosom e consiste en 146 nucléotide ainsi q ue d ’un octamère d ’histo nes co nstitué d’une paire de chaq ue typ e de protéine histone : H2A, H2B , H3 et H 4.

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O utre les p rotéines histone s perm ettant de structurer la chromatine ou la RNAP II perm etta nt d’initie r la transcription, il existe d’autres protéines q ui perm ettent de réguler la transcription des gènes. Ces protéines ap pelées facteurs de transcription (FT ) s e fixent au niveau d e différents m otifs d’AD N spécifiques, co rres pondant à des sites de fixatio n d e facteurs d e transcription (T FBS). Ce rtains d e ces motifs sont des enhancers et sont capables , par recrutem e nt d’un FT , d’a ugm e nte r le taux de formation et de fixatio n de s com plexes d e pré-initiation au niveau des core pro moteurs. C es motifs enhance r pe uvent se retrouver de ma nière p roxim ale en am o nt ou en aval des T SS au sein d es promote urs , des e xons, d es introns , ou e ncore d es régions 5’ et 3’ U T R. Il existe égalem ent des enhance rs distaux, se trouvant jusqu’à 10 kb p ou 100kbp du T S S q u’ils régule nt, respective me nt chez la D rosophile et les m am m ifères [Levine et T jian, 2003 ; Birney et al., 2007]. L e m écanism e précis par leq uel ces élém e nts rég ule nt l’activité transcriptio nn elle fait encore débat, mais il est certain que le décle nche me nt d e l’activité d’un e nhance r nécessite souvent la fixation de plusieurs facteurs de transcriptio n au niveau d e m otifs cis-regulateurs de l’enhance r [Riethoven, 2010]. La pre mière séquence AD N enhancer a été identifée dans le géno me du virus simien 40 (SV 40). Il a été montré que lorsque cette séq uence es t ass ociée à des promote urs, elle stim ule la tra nscription du gène ass ocié indépende mm ent d e son orientatio n, et m êm e d ep uis des positions situées en aval du gène [Ba ne rji

et al., 1981].

En plus des motifs enhancers, il e xiste d es m otifs sile ncers (Fig ure 9) impliq ués dans l’inhibition de la transcriptio n des gènes. Le s silencers sont égalem ent des séquences d’AD N sp écifiques reconnues par des p rotéines, m ais sont cepe ndant m oins bien décrits que les enha nce rs, nota mm ent car ils ont été découverts de manière plus tardive. O n d istingue ce p endant deux classes de silencers : i) les silencer elements correspondant à des motifs courts et position-indépe nda nts (qui n’o nt pas besoin d’être situés de manière particulière vis-à-vis d’autres m otifs) retrouvés en am ont des T SS. Ils sont reconnus par des facteurs de transcription rép ress e urs capable s d’interfére r avec l’ass em b lage du co mplexe de pré-initiatio n de la transcription, p ermetta nt ains i d’inhiber la transcriptio n du gène ciblé ; ii) Les éléme nts régulateurs néga tifs (NRE) corres pondent quant à e ux à d es silence rs position-dép endants qui em pêche nt passivem ent la fixation de facteurs de transcription au niveau de motifs régulate urs en cis [Riethoven, 2010]. Les NRE sont retrouvés à la fois en am ont et en aval des T SS, et parfois m êm e au nivea u d’intro ns et d’exons [O gbo urne et A nta lis, 1998]. Le Re pressor Elem ent-1 Sile ncing T ranscription Factor/Neuron-Restrictive Silencer Factor (REST /NRSF) est un facteur de transcription rep ressif jouant un rôle clé dans la différenciatio n de s neuro nes chez les ma m mifères [Chong et al., 1995 ; Schoenhe rr et Ande rson, 1995]. La réductio n de l’express ion de REST /NRSF dans les cellules souches a pour effet d’a ugm e nter l’express ion de nom breux gènes ne urones -s pécifiq ues porta nt la séquence sile ncer RE-1 da ns leur pro m oteur, reconnue par R EST /NSR F. Par ce processus, REST /NSRF est supposé orchestrer div ers process us critiques pour la neurogénèse , la synaptogénèse ou encore la transm ission synap tiq ue [B allas et Mandel, 2005 ; O oi et W ood, 2007 ; D ’Alessa nd ro et al., 2009].

Enha ncers et sile ncers peuvent agir s ur d e m ultiples gènes en mêm e tem ps, m ais certaines d e ces intéractions p euve nt être gêna ntes da ns le ca dre d u maintien d ’un program m e génétique donné. Ainsi, une troisième class e de séquenc es d’AD N régulatrices existe afin de préve nir ces interactions :

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les insulators (Figure 9). D eux types d ’insulators ont été id entifiés à ce jour : les m otifs insulators bloquant l’activité d es motifs enha ncers, et les motifs insulators barrière [G as zner et Felsenfeld, 2006]. La première ca tégorie protège la transcription de s gènes des enha ncers en inte rféra nt avec l’interaction enhancer-pro moteur en étant situé e ntre ces deux éléme nts. Par exem ple , le CCCT C-binding factor (CT CF) est une protéine doigt de zinc conservée chez l’e nse m ble d es vertéb rés et exp rim ée d e m anière ubiq uiste [Filippova et al., 1996]. CT CF se fixe sur le motif insulate ur CCC T C et prévie nt les interactions entre prom oteurs et enh ancers par blocage d e l’a ctivité enhance r, par exe m p le a u niveau d e l’extrémité 5’ d u locus de la globine chez le poulet [ Be ll et al., 1999]. C hez l’H om me et la souris, C T CF perm et l’isolem ent d u g ène codant la globine vis-à-vis de m otifs enhancers voisins , suggéra nt égalem e nt un rôle d’insulator barrière pour le motif insulator CCCT C [Ristimä ki et al., 1991 ; Bell et al., 1999]. Ce type de motif insulator perm et égale me nt de protége r le géno me d e la diffusion de l’hétérochrom atine constitutiv e e n se situant a u niv eau des interfa ces euchromatine – hétérochro m atine [Riethov en, 2010] (Fig ure 11).

La structure d e la chroma tine est en effet dynam iq ue et peut être plus ou m oins compactée sous forme d ’e uchro m atine ou d’hétérochro matine s elon son niveau d’access ibilité, d éfinie et mod elée par un e nsem ble d e méca nism es épigénétiques. C’est en 1942 q ue W ad dington a pour la pre m ière fois em ployé le terme « épigénétiqu e », q u’il a alors défini co mme un cha nge me nt du phénotyp e d’un individ u n’éta nt pas ca ractérisé par une modification du g énotyp e [W ad dington, 1942, 2012]. Aujourd’hui, nous savons q ue les méca nism es épigénétiq ues p ermette nt la tra nsm iss ion héréditaire de pro gra mm es d’e xpress ion de gènes e n m odifia nt l’architecture de la chroma tine, et notam me nt son accessibilité, sans altérer la séquence d ’AD N sous-jacente [Allis et Jenuwein, 2 016].

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Fig ure 11 | Trois mod es de fonctionnem ent de m otifs insulators (rouge) vis-à-vis d ’un m otif e nha ncer (jaune ) et d’un promoteur (bleu). A) Un motif enhancer est situé en am ont d ’un prom oter et pe rm et une augm e ntation de sa transcription par m ise en contact. B ) Lorsqu’un motif insulator bloq ue ur se trouve e ntre l’enha ncer et le promoter et est reconnu par le FT qui lui est associé, la transcriptio n du gène ciblé inhibée. Si un second motif insulator se trouve après le promote ur, les FT reconnaissant ces motifs insulators barrières peuve nt s ’ass ocier et form er une boucle isolant le promote ur d e so n enhance r, et diminua nt alo rs la transcription du g ène cible. C) Les ins ulators peuvent aussi se s ituer à l’interface d e régions e uchromatinie nne et hétérochromatinie nne, réduisa nt ainsi l’acces sibilité d e l’enhancer à des FT , inhiba nt donc la transcription d u g ène cible. D ’après K riveg a e t D ean, 2012.

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