La sous-famille JARID1 (KDM5) et le destin des cellules souches embryonnaires

embryonnaires (CSE)

Les CSE sont des cellules pluripotentes, arborant un potentiel de différentiation permissif au développement de tous les types cellulaires d’un organisme donné. De plus, leur capa- cité d’auto-renouvellement in vitro est illimitée. Ces deux propriétés correspondent aussi à une confi guration de la chromatine pouvant soutenir cette identité cellulaire. Parmi les enzymes JmjC, deux candidats se sont vus attribuer un rôle dans la fi ne régulation de la balance entre auto-renouvellement et différentiation des SCE, soit JMJD1A (KDM3A; H3K9me2/1) et JMJD2C (KDM4C; H3K9me3/ 2, H3K36me3/2) [162]. Comme pour la tri-méthylation de H3K27, H3K9me3 est généralement associée à une répression de la transcription. Or, dans les CSE de souris, une réduction de l’expression de ces candidats par RNAi induit une activation de gènes associés à la différentiation, et une répression des déterminants de la pluripotence. L’expression de ces deux gènes semble du moins en partie régulée par OCT4, un facteur de transcription et orchestrateur majeur du des-

tin cellulaire des CSE [172]. JMJD1A régule épigénétiquement le locus des gènes Tcl1,

Tcfcp2l1, and Zfp57, neutralisant la di-méthylation de H3K9, favorisant ainsi l’expression de ces facteurs et le maintien d’un état cellulaire indifférencié. De plus, JMJD2C ré- gule positivement l’expression du gène codant pour le facteur de transcription NANOG, joueur clé de l’identité cellulaire des CSE. Cette étude illustre le potentiel de deux HDM, pouvant effacer une marque répressive de la transcription (H3K9me3/2/1), de contribuer

à l’identité des cellules souches.

Certains membres de la sous-famille JARID1 (ou KDM5) participe aussi à la régulation du processus de différentiation des CSE. Dans les premières études caractérisant l’ac- tivité catalytique de ces enzymes et leur cible spécifi que (H3K4me3), un lien est établi

entre JARID1A (KDM5A, RPB2) et le choix du destin cellulaire [173-175]. JARID1A

est identifi é par la technique du double hybride chez la levure comme une protéine liant le suppresseur de tumeur RB-1 (Retinoblastoma Protein-1), et l’association entre ces deux

protéines requise pour un déroulement approprié du processus de différentiation [173].

Dans les CSE, JARID1A est identifi é comme un régulateur épigénétique des Hox, modu- lant localement les niveaux de tri-méthylation de H3K4. JARID1A démontre une affi nité

pour plusieurs loci des Hox, dont Hoxa1, Hoxa5 et Hoxa7 [174]. En réponse à une sti-

mulation par l’acide rétinoïque, la transcription des gènes Hox est induite, corrélant avec un déplacement de JARID1A du locus, une augmentation locale de la marque activatrice H3K4me3, et la différentiation des CSE. Contrairement aux CSH, une activation des Hox est liée à un programme de différentiation dans les cellules embryonnaires. Parallèlement à la fonction de JARID1A, la protéine de haute homologie JARID1B (PLU-1, KDM5B) spécifi e la différentiation des CSE le long de la lignée neuronale [176]. Sa présence est requise afi n d’assurer la répression des gènes associés notamment à la pluripotence, et assurer ainsi une fi délité de lignée pour le tissu neuronal. Inversement, une surexpression de Jarid1b dans les CSE de souris interfère avec la différentiation neuronale [177].

Bien que la famille des JARID1 (KDM5) des mammifères regroupe 4 membres (A-D), la drosophile ne compte qu’un seul orthologue, LID (Little Imaginal Discs), une déméthy- lase de H3K4, conférant un phénotype embryonnaire léthal lorsque muté. Incidemment, LID a été décrit dans un crible visant à identifi er d’autres membres de la famille Trx, et une activité méthyl-transférase était d’abord suspectée pour le produit de ce gène [178]. Pourtant, une activité enzymatique de déméthylation s’est bien avérée pour LID [179], et une mutation de ce gène résulte en un accroissement global de la marque activatrice H3K4me3. Deux hypothèses sont avancées pour tenter de réconcilier ces résultats. Une possibilité serait qu’une mutation de Lid puisse interférer avec l’ancrage du complexe Trx à la chromatine suite à la perturbation du patron de déposition de H3K4me3, ou par une altération secondaire de la stochiométrie du complexe. Alternativement, LID est rapporté comme régulant positivement la fonction de dMYC dans un crible fonctionnel chez la drosophile [180]. Le facteur de transcription dMYC lie le domaine JmjC de LID, séques- trant ainsi son activité répressive (déméthylation de H3K4), et permettant l’expression des cibles de dMYC. L’activité de dMYC dépendrait donc de la présence de LID et une perturbation de cette interaction pourrait nuire à la fonction de dMYC. Une mutation de Lid pourrait donc se solder par un phénotype similaire à celui d’un mutant Trx.

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1.3.6 Protéines Jumonji et hématopoïèse

En descendant la hiérarchie hématopoïétique, le potentiel de différentiation devient gra- duellement restreint à une seule lignée cellulaire, nécessitant l’activation de gènes spéci- fi ques et la répression des voies de développement alterne. Au sein du système hémato- poïétique, l’engagement envers une voie de différentiation spécifi que semble impliquer les HDM. Une étude concernant l’amine oxidase LSD1 (H3H4me2/1 HDM) a guidé la ré- fl exion en ce sens. En effet, LSD1 a été isolé en complexe avec les répresseurs de la trans- cription GFI1, acteurs de l’hématopoïèse normale et leucémique (Fig1.1), en association avec le co-répresseur CoREST et les déactylases HDAC1/HDAC2 [181]. La liaison avec LSD1 est médiée par le domaine SNAG des protéines GFI1. Selon un contexte cellulaire spécifi que, le complexe répresseur est recruté in vivo sur la majorité des cibles de LSD1, comme c-myb, orchestrant la différentiation le long de la lignée érythrocytaire, mégaka- ryocytaire et granulocytaire. Une réduction de LSD1 augmente localement, au site des promoteurs des gènes cibles, une augmentation de la marque activatrice H3K4me3, nui- sant à leur répression et au déroulement du processus de différentiation.

Plus récemment, dans une étude de surexpression, la déméthylase JmjC FBXL10 (JHDM1B,KDM2B) semble contribuer au maintien du potentiel d’auto-renouvellement des cellules hématopoïétiques primitives [182]. Le gène Fbxl10 code pour une HDM constituée d’un domaine JmjC, mais aussi d’un domaine F-box, d’une double répétition de motifs riches en leucines (LRR/Leucine Rich Repeats), d’un domaine PHD et d’un doigt de zinc CXXC. Son activité catalytique cible les marques activatrices H3K36me2/1 et H3K4me3 [183]. Ce groupe rapporte une localisation nucléaire pour cette protéine et une implication dans la répression des gènes de l’ARN ribosomal. D’autres attribuent un rôle à FBXL0 dans la régulation de la prolifération et de la sénescence via le contrô- le épigénétique du locus p15/Ink4b [184]. Or, le compartiment primitif hématopoïéti- que exprime Fbxl10 de façon préférentielle [182] (voir aussi chapitre 4). À l’aide d’une construction rétroviral, l’expression forcée de ce gène dans des populations enrichies en CSH augmente le nombre de progéniteurs multipotents in vitro, et confère un avantage compétitif aux CSH dans des essais de transplantations sériées. Les auteurs expliquent ce phénotype par un maintien de la répression des loci Ink4a-c, par délétion de la mar- que activatrice H3k36me2, inhibant ainsi la voie de sénescence. En parallèle, les travaux d’une autre équipe suggèrent une contribution de FBXL10 dans l’initiation et le maintien des leucémies chez la souris, toujours en évoquant un rôle de répression de la sénescence [169].

bed tetratricopeptide repeat, X chromosome, ou KDM6A), une H3K27me3 déméthylase, comprenant le domaine catalytique JmjC et le domaine tetratricopeptide (TPR). De façon générale donc, UTX efface une marque associée à une répression de la transcription. Tel que mentionné, UTX est aussi un membre des complexes MLL2/3 qui promeuvent la tri-méthylation de H3K4 et l’activation génique ([152, 185]. La délétion d’Utx chez la souris s’avère embryonnaire létale chez les femelles, les mâles succombant en période néonatale, et s’accompagne de sévères anomalies de développement du cœur et du tube neural [186, 187]. UTX infl uencerait aussi le profi l d’expression des et le développe- ment embryonnaire du poisson zèbre [188]. Dans une étude récente, une répression de Utx par RNAi au sein du contingent hématopoïétique de la souris diminue le potentiel clonogénique des progéniteurs in vitro, nuisant à leur prolifération [189]. Une baisse du transcrit d’Utx, qui par ailleurs est bien exprimé dans la fraction primitive des cellules hé- matopoïétique, interfère aussi avec la prolifération de plusieurs lignées leucémiques. Les auteurs attribuent le phénotype à une répression de l’activité génique aux loci des gènes Mll1, Runx1, et Scl, des régulateurs connus de l’hématopoïèse. De façon concomitante, une réduction des niveaux se H3K27me3 est décrite aux même sites génomiques. Globa- lement, UTX contribuerait donc au potentiel prolifératif des cellules du sang.