Chapitre 1: Introduction
1.7 UBF, un facteur clé au sein de la transcription ribosomale
1.7.4 Fonctions d'UBF au sein de la transcription ribosomale
UBF a été décrit comme étant un facteur basal de l'initiation de la transcription par l'ARN polymérase I. Des études in vitro suggèrent qu'UBF forme la structure de l'enhancesome dans laquelle un dimère d'UBF forme une boucle d'ADN de 360° avec environ 140 paires de bases d'ADN aux éléments CPE et aux éléments de contrôle UCE (Figure 1.25) (Bazett-Jones et al., 1994a; Stefanovsky et al., 1996a; Stefanovsky et al., 2001a). La formation de l'enhanceosome permettrait de rapprocher les éléments
promoteurs ainsi que la formation d'une plateforme pour la formation du PIC. Les données existantes suggèrent que la fixation d'UBF aux éléments promoteurs des gènes ribosomaux permettrait la stabilisation du second facteur basal de l'initiation SL1 (Bell et al., 1988a; Moss and Stefanovsky, 2002) ainsi que le recrutement des facteurs intervenant dans l'initiation de la transcription (Mais et al., 2005; Prieto and McStay, 2008).
Figure 1.25: Le rôle d'UBF dans l'initiation de la transcription ribosomale. a) Schéma illustrant le rôle architectural d'UBF dans la formation du PIC. b) Imagerie par microscopie électronique de la formation de l'enhancesome par un dimère d'UBF. L'ADN est représenté en rouge. Extraits respectivement de (Moss et al, 2006) et (Stefanovsky et al., 2001a).
1.7.4.2 UBF permet d'établir la structure ouverte des gènes d’ARNr
UBF a initialement été décrit comme étant un facteur architectural qui intervient uniquement au sein de la formation du PIC. Mais plus récemment, à partir d'expériences de ChIP et ChIP-sequencing (ChIP-
seq), la présence d'UBF a été décrite sur toute la région codante des gènes d’ARNr, cela en plus de sa
présence connue aux régions promotrices des gènes d’ARNr (O'Sullivan et al., 2002; Sanij and Hannan, 2009; Zentner et al., 2011). Ces résultats suggèrent des fonctions supplémentaires du facteur de transcription UBF en plus de celle qui est connue dans l'initiation de la transcription ribosomale. Après cette découverte, il a été proposé qu'UBF permettrait le déplacement de l'ARN polymérase I des sites promoteurs des gènes d’ARNr (Panov et al., 2006a). Plus récemment, il a été montré qu'UBF était
nécessaire au recrutement des facteurs intervenant dans la maturation de l'ARNr (Prieto and McStay, 2007; Ueshima et al., 2014).
Plusieurs études ont laissé à penser qu'UBF pourrait intervenir dans le remodelage de la chromatine des gènes d’ARNr. Une première étude in vivo a montré qu'UBF induisait une décondensation de la chromatine à grande échelle sur un opéron Lac lorsqu'il était fusionné à l'élément répresseur de ce dernier (Chen et al., 2004). Une autre étude a montré que le recrutement d'UBF sur des sites ectopiques de gènes d’ARNr pseudo-NORs qui sont extra-nucléolaires a induit la décondensation de la chromatine sur ces séquences (Mais et al., 2005). Une troisième étude a montré que la réduction des niveaux protéiques d’UBF par siRNA entrainait un changement dans le ratio des gènes actifs/inactifs (Sanij et al., 2008). De manière indirecte cette fois, il a été montré que la réduction des niveaux protéiques d’UBF par siRNA induisait une diminution de la fixation de la protéine chaperonne des histones NPM1/B23 sur les gènes d’ARNr et une augmentation de la densité des histones au même locus (Hisaoka et al., 2010).
Ces observations ont permis de mettre en évidence la fonction d'UBF dans le maintien d'une structure euchromatinienne sur les gènes d’ARNr actifs. Un mécanisme a été proposé pour le maintien d'une structure ouverte de la chromatine et ce mécanisme ne ferait pas intervenir le déplacement de nucléosome comme le ferait les complexes ATP-dépendants, mais plutôt le déplacement de l'histone H1 (Kermekchiev et al., 1997; Sanij et al., 2008).
La découverte qu'UBF interagit directement avec des protéines capables de remodeler la chromatine laisse également penser à son rôle dans la modification de la structure chromatinienne des gènes d’ARNr. Des interactions directes ont été montrées entre UBF et CTCF (van de Nobelen et al., 2010) ainsi qu’entre UBF et SIRT7 (Grob et al., 2009). Le facteur CTCF intervient dans l'activation/inhibition de la transcription grâce à ses fonctions dans l'organisation de la chromatine (Phillips and Corces, 2009). La protéine SIRT7 est une histone déacétylase NAD+-dépendante (Barber et al., 2012) qui
interagit avec le complexe de remodelage de la chromatine B-WICH (Tsai et al., 2012). Le complexe B- WICH a été montré comme responsable du recrutement d'histone-acétyltransférases sur les gènes d’ARNr actifs (Vintermist et al., 2011). De plus, la réduction des niveaux protéiques des protéines qui interagissent avec UBF par siRNA a causé une diminution de la fixation de la machinerie transcriptionnelle avec les gènes d’ARNr ainsi qu’une diminution du niveau de la transcription ribosomale (Tsai et al., 2012; van de Nobelen et al., 2010).
1.7.4.3 Rôle d'UBF dans la connexion entre des facteurs de croissance et la prolifération cellulaire
Dans le laboratoire d’accueil, deux sites de phosphorylation sur les thréonines 117 et 201 qui sont situés sur les boîtes HMG1 et HMG2 d'UBF et qui seraient ciblés par la kinase ERK ont été identifiés. (Figure 1.24) (Stefanovsky et al, 2001). Il a été observé dans la même étude que ces phosphorylations sur les thréonines 117 et 201 avaient un effet activateur sur le taux de transcription ribosomale. D'après l'étude, cet effet activateur résultait de la diminution de l'interaction entre les boîtes HMG d'UBF avec l'ADN. Un lien direct entre la régulation par les facteurs de croissance et le niveau de la transcription ribosomale, par l’intermédiaire de la kinase ERK et du facteur de transcription UBF a été identifié dans cette étude.
Figure 1.26: Modèle de la régulation de la transcription ribosomale par les facteurs de croissance. Schéma illustrant l'arrêt de l'élongation de l'ARN polymérase I due à la présence des enhancesomes. L'action combinée de ERK et de l'acétyltransférase CBP permet de remodeler la chromatine et l'avancement de la machinerie transcriptionnelle. L'ADN est représenté en rouge et UBF en violet. Extrait de (Moss et al., 2006).
Il a été observé par la suite dans une seconde étude également issue de mon laboratoire et à l'aide d'expériences in vitro, que la présence d'UBF à des concentrations telles qu'il est retrouvé in vitro lorsque lié à son ADN cible avait un effet négatif sur le taux de transcription (Stefanovsky et al, 2006). Les données expérimentales ont suggéré que la phosphorylation sur les boîtes HMG1 et HMG2 d'UBF avait un effet d'anti-répression sur l'action qu'UBF exerçait sur le niveau de transcription. Dans la même étude, la mesure des taux d'élongation de la transcription lors de traitements activateurs de cellules NIH3T3 par les facteurs de croissance et des expériences de transcription à l'aide du système G-less a permis de révéler le mécanisme de régulation de la transcription par ces derniers et un modèle a été
formant la structure de l'enhancesome. Une telle structure empêche l'avancement de la machinerie transcriptionnelle et l'activation par les facteurs de croissance active la kinase ERK, qui elle-même phosphoryle les boîtes HMG1 et HMG2 d'UBF induisant un remodelage de la structure chromatinienne de l'enhancesome et permettant l'élongation de la transcription (Moss, 2006). Le laboratoire d’accueil a proposé plus tard dans une autre étude qu'UBF2 avait perdu sa capacité à induire une courbure de l'ADN et qu'UBF2 avait une capacité plus faible à inhiber la transcription ribosomale mais que ce dernier était plus sensible à la régulation par les phosphorylations ERK-dépendantes (Stefanovsky and Moss, 2008).