Le complexe Shelterin

A cette architecture télomérique de haute complexité, s’ajoute une « coiffe protectrice » : elle est composée de plusieurs facteurs, qui agissent en synergie pour conserver l’intégrité des télomères. Le complexe Shelterin est ainsi formé de six facteurs que sont POT1, TIN2, TPP1,

TRF1, TRF2, et RAP1. Ils constituent le télosome (Liu et al., 2004) (Palm and de Lange, 2008) (Xin et al., 2008), qui « coiffe » l’extrêmité chromosomique. Seuls TRF1 et TRF2 interagissent avec les séquences télomériques double brin alors que POT1 interagit avec le simple brin G-overhang. La stabilité des chromosomes et la viabilité des cellules dépendent étroitement de la bonne fixation du complexe Shelterin le long de chaque télomère (de Lange, 2005). De plus, ce complexe est capable de réprimer les voies de signalisation de la RH, du c- NHEJ, et de l’a-EJ, d’inhiber les kinases ATM et ATR (Denchi and de Lange, 2007) (Sfeir and de Lange, 2012), et donc tout type de réactions de réparation inaproppriées au niveau des télomères. Le complexe Shelterin permet également de bloquer la résection (par les enzymes exonucléases telles que Exo1, CtIP, ou BLM). Le télosome est donc une véritable plateforme qui interagit avec un certain nombre d’autres facteurs dans un but conjoint de maintenance et de protection. Le télosome participe également à la structuration en boucle des télomères ainsi qu’à l’activité et le recrutement de la télomérase aux télomères (Figure 15).

a) TRF1

TRF1 (« Telomere Repeat binding Factor 1 ») a été la 1ère protéine d’attachement au double brin télomérique à être identifiée (Zhong et al., 1992). Il possède d’une part dans sa partie N- terminale un domaine TRFH, et d’autre part dans sa partie C-terminale un domaine SANT / Myb pour l’interaction avec le double brin télomérique. TRF1 est un suppresseur de l’élongation des télomères et est donc impliqué dans les mécanismes qui stabilisent la longueur (van Steensel and de Lange, 1997). TRF1 est également requis dans la prévention des problèmes de réplication aux télomères. Cette shelterin est cruciale dans l’efficacité de duplication du brin télomérique, puisqu’elle empêche le blocage des fourches. En son absence, la voie de la kinase ATR est activée car phosphorylée en phase S, et un phénotype de

fragilité télomérique s’installe (Sfeir et al., 2009). Son rôle ultime serait le recrutement d’hélicase de l’ADN, incluant RTEL1, BLM, et d’autres hélicases de la famille RecQ ou apparentée, capables de résoudre les structures pour la progression des fourches de réplication (Vannier et al., 2012).

b) TRF2

TRF2 (« Telomere Repeat binding Factor 2 »)  possède aussi un domaine TFRH caractéristique (Chen et al., 2008) qui permet son homo-dimérisation. Ensemble, TRF1 et TRF2 sont en mesure de se lier avec le duplex télomérique (Bianchi et al., 1997) (Bilaud et al., 1997) (Broccoli et al., 1997). TRF2 est un régulateur de la longueur télomérique (Smogorzewska et al., 2000), mais a avant tout un rôle protecteur (Houghtaling et al., 2004). TRF2 favorise l’assemblage de la boucle T en se fixant à proximité du G-overhang (Stansel et al., 2001), et TRF2 contribue à la stabilité et la protection des jonctions de Holliday nouvellement formées (Poulet et al., 2009). TRF2 inhibe la dégradation du G-overhang, et est le répresseur principal de la signalisation ATM qui médie le NHEJ (Celli and de Lange, 2005). TRF2 protège les télomères des fusions terminales par une réparation inappropriée (van Steensel et al., 1998). Sans cette inhibition assurée par TRF2, les télomères sont reconnus comme des cassures double brin, ce qui contribue à l’accumulation des facteurs de réparation de l’ADN comme 53BP1 et gH2A.X, et à l’activation de la kinase ATM (Celli and de Lange, 2005), puis à la fusion des télomères par un mécanisme dépendant du NHEJ. TRF2 a une capacité de recrutement et d’interaction avec bon nombre de facteurs externes aux Shelterin, à savoir Apollo (Chen et al., 2008), ERCC1/XPF (Zhu et al., 2003), Ku70 (Song et al., 2000), les hélicases BLM et WRN (Opresko et al., 2002), la polymerase béta et

l’endonucléase FEN1 (Muftuoglu et al., 2006), ou bien encore CHK2 (Buscemi et al., 2009) et SLX4 (Wilson et al., 2013). 

c) RAP1

RAP1 (« Repressor and Activator Protein 1 ») est très conservé parmi les orthologues, et possède plusieurs domaines distincts BRCT, RCT et Myb. Son partenaire est TRF2, qui lui permet d’être recruté aux télomères (Li et al., 2000). RAP1 inhibe le NHEJ (Bae and Baumann, 2007), ainsi que les processus de recombinaison homologue (Sfeir et al., 2010). La présence de RAP1 dans le télosome permet donc d’inactiver la réponse aux dommages dépendant d’ATM et d’ATR.

d) POT1

POT1 (« Protection of Telomeres 1 ») possède un domaine conservé particulier de liaison oligonucléotide / oligosaccharide (dit « OB fold ») situé dans la partie N-terminale (Baumann and Cech, 2001). Les deux protrusions en boucle forment ainsi un clamp pour l’attachement à l’ADN simple brin télomérique TTAGGGTTAG (Lei et al., 2003), et un second clamp qui protège l’extrémité 3’ sortante du G-overhang (Lei et al., 2004). Il participe à la régulation négative de l’élongation par la télomérase (Loayza and De Lange, 2003), ainsi que le contrôle de la résection du simple brin. POT1 protège également l’extrêmité chromosomique de la voie inappropriée de réponse aux dommages à l’ADN dépendante d’ATR, et une recombinaison homologue aberrante aux télomères : en cas de déficience in vitro, on relève une activation de ces processus (Wu et al., 2006). POT1 rend impossible l’interaction de RPA aux régions

télomériques simple brin, qui est habituellement le facteur primordial se chargeant sur l’ADN simple brin. 

e) TPP1

TPP1 (« TIN2-interacting protein » ou PTOP) recrute POT1 (Ye et al., 2004) et interagit avec sa partie C-terminale et avec TIN2. TPP1 et POT1 s’hétéro-dimérisent par leur domaine OB fold, ce qui induit l’augmentation d’affinité de POT1 pour l’ADN télomérique simple brin (Liu et al., 2004). TPP1 est crucial pour l’interaction avec la télomérase et son recrutement aux télomères (Wang et al., 2007) (Xin et al., 2007) puisque son absence dans les MEFs ou chez une souris déficiente, entraîne une diminution de taille des télomères et une baisse d’affinité de TERT aux télomères (Tejera et al., 2010). TPP1 se connecte avec le complexe CST (OBFC1 / Stn1), nécessaire pour la résection du brin sortant 3’ (Chen et al., 2012). Enfin, outre son rôle de modulateur de l’élongation et du maintien des télomères, TPP1 réprime la signalisation des dommages de l’ADN médiée par ATR.

f) TIN2

TIN2 (« Terf1-Interacting Nucler factor 2 ») permet de faire le pont par ses interactions directes simultanément avec TRF1 et TRF2 (Ye et al., 2004) grâce à une domaine TRFH et par son recrutement de l’hétéro-dimère TPP1 / POT1 (Ye et al., 2004) (O’Connor et al., S 2006) (Takai et al., 2011). TIN2 est un modulateur de la tankyrase PARP1 lors du contrôle de la longueur télomérique par TRF1 (Ye et al., 2004). TIN2 participe également à la régulation de la taille des télomères (Kim et al., 1999) et de la réplication télomérique via son interaction avec HP1a (Canudas et al., 2011).

Figure 15 : Le complexe Shelterin, garant de la maintenance télomérique.

Le complexe Shelterin ou « télosome » est composé de 6 facteurs télomériques dédiés à la protection et à la maintenance des télomères : il s’agit des facteurs TRF1, TRF2, POT1, TIN2, TPP1, RAP1. Les Shelterin sont organisés au niveau de la boucle T télomérique, TRF1 et TRF2 étant directement liés au duplex télomérique alors que POT1 est spécifiquement lié au G-overhang simple brin. Les télomères, bien que non-codants, sont actifs transcriptionnellement, et génèrent les TERRA, des ARN télomériques portant la répétition UUAGGG.