Complexes de remodelage des nucléosomes

La position et la composition des nucléosomes sur la chromatine doivent être modulées afin de réaliser l’ensemble des processus biologiques. A cet effet, la cellule possède un système spécifique, les complexes de remodelage de la chromatine.

Ces complexes utilisent l’énergie de l’hydrolyse de l’ATP pour effectuer ces changements. Ils sont répartis en quatre familles : les familles, SWI/SNF, ISWI, CHD et INO80, Figure 9. Elles partagent toutes un domaine ATPase mais se distinguent les unes des autres par l’existence d’autres domaines protéiques leur permettant d’exécuter diverses fonctions Figure 9. Ces com-plexes de remodelage agissent ainsi sur les nucléosomes par des mécanismes différents et sont par conséquent impliqués dans des processus biologiques différents, Figure 10.

Concernant les protéines de la famille SWI/SNF, elles possèdent un bromodomaine (Figure

Chromatine et régulation de l’expression génique Bromo   SLIDE   SANT   ATPase   Tandem  chromo   Longue  inser9on   Famille   SWI/SNF   Famille   ISWI   Famille   CHD   Famille   INO80  

Figure 9 : ATPase des quatre grandes familles de complexes de remodelage de la chromatine

Ces protéines possèdent des domaines protéiques particuliers qui les distinguent les unes des autres, le bro-modomaine porté par les ATPases de la famille SWI/SNF, les domaines SANT et SLIDE pour les protéines ISWI, les ATPases de la famille CHD ont un chromodomaine en tandem ou bien le domaine ATPase des INO80 qui contient une longue insertion correspondant à des domaines d’interactions protéiques.

Figure 10 : Actions des complexes de remodelage au niveau de la chromatine

Après la réplication, certains complexes vont permettre l’incorporation et l’espacement correct des nucléo-somes au niveau de l’ADN nouvellement synthétisé. Les complexes permettent également aux protéines (DBP: DNA binding protein) d’accéder à leurs séquences spécifiques au niveau de l’ADN, pour cela différentes stratégies existent. Soit faire glisser le nucléosome, ou bien en le retirant, ou encore sans même toucher au nucléosome en dissociant légèrement la séquence d’intérêt en dehors du nucléosome. Enfin ces complexes peuvent altérer la composition des nucléosomes, par l’incorporation de variants ou en retirant un dimère du nucléosome. Illustration de (Clapier and Cairns, 2009).

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INTRODUCTION

des histones acétylées et ensuite l’activation des gènes (Hassan et al., 2002). L’association de ces complexes avec l’activation génique est également retrouvée chez d’autres espèces. Par exemple, chez la drosophile, le complexe BRM (Brahma complexe) est nécessaire pour l’association de l’ARNpolII aux chromosomes des glandes salivaires (Armstrong et al., 2002). Il a également été montré chez l’homme que lors de l’activation du virus HIV-1 la protéine virale Tat recrute le complexe SWI/SNF au niveau du promoteur de ce virus pour permettre son activation (Treand et al., 2006). Cependant la situation est plus complexe. Ces complexes peuvent, selon les tissus, avoir des fonctions antagonistes. C’est le cas par exemple de l’incorporation de la protéine SNR1 dans le complexe SWI/SNF de drosophile qui lui donne une activité répressive dans le tissu lar-vaire de l’aile (Marenda et al., 2004).

Les protéines de la famille ISWI possèdent quant à elles les domaines SANT et SLIDE (Figure 9) qui sont nécessaires pour la reconnaissance des extrémités N-terminales des histones non modifiées et pour stimuler l’activité ATPase (Boyer et al., 2004; Grune et al., 2003). Ces complexes, à l’inverse des SWI/SNF, sont nécessaires au cours de l’assemblage des nucléosomes sur l’ADN pour permettre un espacement correct de ces derniers, mais ils sont également impli-qués dans des processus de régulation transcriptionnelle, le plus souvent de manière négative. Chez la levure, par exemple, il a été montré que la protéine Isw2 repositionnait les nucléosomes au niveau des introns ou à proximité du promoteur pour bloquer des démarrages de transcrip-tion dans le mauvais sens ou à des sites inappropriés (Whitehouse et al., 2007). D’autre part chez la drosophile un criblage visant à identifier des protéines associées au complexe ISWI a montré la présence de protéines répressives de type désacétylase (Burgio et al., 2008). Cependant le complexe NURF appartenant à la même famille est quant à lui nécessaire à l’activation génique, le domaine PHD de l’une de ses sous unités (NURF301chez la drosophile) lui permettant d’inte-ragir avec la marque d’activation H3K4me3. Ce facteur peut également faire glisser les nucléo-somes et interagir avec des facteurs de transcription (Wysocka et al., 2006; Xiao et al., 2001).

La particularité des protéines de la famille CHD est la présence de chromodomaines en tandem (Figure 9) qui, chez certaines espèces, ont la capacité de se lier à la l’H3K4 méthylée (Flanagan et al., 2005; Sims et al., 2005). Certains arguments indiquent que ces complexes per-mettent d’activer les gènes. Par exemple, chez la drosophile, ces complexes sont localisés au niveau des gènes actifs au niveau des sites de fixation de l’ARN polymérase II (Murawska et al., 2008). Chez la levure, il a aussi été montré que ces protéines pouvaient réarranger les nucléo-somes au niveau des promoteurs des gènes afin d’assurer leur activation (Walfridsson et al., 2007). Encore une fois, la fonction de ces complexes est dépendante du tissu considéré et de leur

Chromatine et régulation de l’expression génique

association avec d’autres facteurs. C’est ainsi que dans certains cas, ces complexes ont l’aptitude à réprimer la transcription. Le complexe NuRD par exemple contient des protéines CHD et des désacétylases d’histones et est associé à la répression génique (Ahringer, 2000; Denslow and Wade, 2007).

Enfin, la famille des protéines INO80 est reconnue d’un point de vue structural par une longue insertion au centre du domaine ATPase permettant l’interaction avec diverses protéines (Figure 9). Une autre spécificité de cette famille est sa capacité à réguler la dynamique d’in-corporation du variant d’histone H2AZ au niveau de la chromatine en dehors de la phase de réplication. Comme nous l’avons vu précédemment, ce variant d’histone est retrouvé au niveau des gènes cibles des protéines Polycomb. Or, il s’avère que, chez la drosophile et chez l’homme, la protéine INO80 interagit avec la protéine PHO (chez la drosophile) ou YY1 (chez l’homme) qui appartient aux protéines du PcG. Ceci pourrait expliquer le recrutement de INO80, et donc la présence de ce variant au niveau des gènes cibles des complexes Polycomb (Cai et al., 2007; Klymenko et al., 2006).

En conclusion, l’intervention sur la chromatine de ces complexes de remodelage permet un accès dynamique au niveau de la séquence d’ADN, nécessaire pour établir ou modifier un patron d’expression génique.