Au sein du noyau, la structure même de la chromatine est peu propice à la liaison de facteurs impliqués dans la régulation de la transcription au niveau de leurs séquences d'ADN
Tableau 2: Sous-unités du complexe de remodelage de la chromatine SWI/SNF dans
différentes espèces eucaryotes modèles (Lee et Young, 2000).
Organisme Sous-unité
Complexes
Swi/Snf S.cerevisiae Swi1
Swi2/Snf2 Swi3 Snf5/Swi10 Snf6 Snf6 Snf11 Snf12 Swp82 Swp59 Swp59 Swp61 Swp29 RSC S.cerevisiae Sth1 RSC1 RSC2 RSC3 RSC4 RSC15 Sfh1 Organisme Sous-unité Complexes
hSwi/Snf H.sapiens BAF 250
Brg1 ou hBRM BAF170 BAF155 BAF110 BAF60a ou 60b ou 60c BAF57 BAF53 BAF47 dSwi/Snf D.melanogaster Brahma
BAP155 BAP111 BAP74 BAP60 BAP47 BAP45 BAP55
cibles. Le remodelage de cette structure peut être assuré par deux types de complexes multiprotéiques. L'activité des complexes du premier groupe utilise l'énergie issue de l'hydrolyse de l'ATP afin d'altérer la position des nucléosomes ou bien de les déstabiliser (Kingston et al., 1996). Ce premier groupe peut être divisé en 5 familles : SWI/SNF ; ISWI ; Mi-2/NuRD ; INO80 et SWR1. Le second groupe de complexes permettant un remodelage de la structure chromatinienne inclut des enzymes capables de modifier directement les histones comme les HATs, HMTs, HDACs ...
1-Les complexes de remodelage ATP-dépendants a-La famille SWI/SNF
SWI/SNF est la première famille à avoir été identifiée chez la levure S.cerevisiae. Ce complexe est composé de 11 sous-unités dont Snf2, Snf5 et Swi1 (Cairns et al., 1994 ; Coté et
al., 1994 ; Peterson et al., 1994) (Tableau 2). Il est requis pour permettre l’expression de
certains gènes comme HO, SUC2 ou INO1 (Biggar et Crabtree, 1999) à travers sa capacité à remodeler la structure chromatinienne durant l’activation de la transcription. Ceci s'effectue par l’intermédiaire de sa sous unité Swi2, seule protéine a présenter une activité ATPasique dans ce complexe (Laurent et al., 1993 ; Coté et al., 1994). D'autres travaux ont également montré que le rôle de Swi/Snf dépasserait le cadre strict de l’initiation de la transcription et serait requis pour les autres étapes de ce processus (Biggar et Crabtree, 1999).
Chez l’Homme, les complexes SWI/SNF présentent une composition relativement hétérogène, certaines de leurs sous-unités différant selon le contexte cellulaire (type cellulaire, état de différenciation, et stade de développement). L’activité ATPasique de ces complexes est portée par deux protéines chez l’Homme : Brg1 (Brm-related gene 1 protein) et hBrm (human Brm) (Khavari et al., 1993). Ces deux protéines, ayant une forte homologie avec Swi2/Snf2, sont retrouvées dans des complexes appelés hSWI/SNFA et hSWI/SNFB (Kwon
et al., 1994). Elles ont la capacité à augmenter la fonctionnalité des régions chromatiniennes
activant la transcription (Muchardt et Yanic, 1993) en altérant l'organisation nucléosomale de ces séquences (Imbalzano et al., 1994 ; Kwon et al., 1994).Cette modification de la chromatine permet par exemple un meilleur recrutement de TFIIA et de la TBP (TATA binding protein) au niveau de la boite TATA des promoteurs de certains gènes, une étape déterminante dans l’activation de la transcription (Wilson et al., 1996). C'est l'inclusion différentielle au sein des complexes de type SWI/SNF de certaines protéines telles que les BAFs (Brg1 Associated Factors) possédant des domaines de liaison à l'ADN variables qui
Tableau 3: Sous-unités du complexe de remodelage de la chromatine ISWI dans
différentes espèces eucaryotes modèles (Lee et Young, 2000).
Organisme Sous-unité
Complexes
ISW1 S.cerevisiae Iswi1
p110 p105 p74 p140 Isw2 NURF-215 ISWI NURF-55 NURF-38 Organisme Sous-unité Complexes hACF H.sapiens hSnf2h BAZIA p325 hSnf2h RSF H.sapiens ISW2 S.cerevisiae NURF D.melanogaster
ACF D.melanogaster ISWI
Acf1 p175 P160 CHRAC D.melanogaster ISWI p20 p18
assure leur ciblage sur différents domaines chromatiniens (Wu et al., 2009) (Tableau 2), même si ce recrutement ne se ferait pas de manière séquence-spécifique mais plutôt via la reconnaissance de structures précises (Quinn et al., 1994). Certaines des sous-unités de SWI/SNF possèdent des domaines permettant la reconnaissance spécifique de modifications post-traductionnelles des histones comme l’acétylation des lysines par des bromodomaines (Singh et al., 2007).
b-La famille ISWI
Comme dans le cas des complexes de type SWI/SNF, c'est la sous-unité portant l'activité ATPase, ISWI, qui définit cette famille de complexes perturbant la structure chromatinienne en présence d'ATP (Elfring et al., 1994) (Tableau 3). Ainsi, chez la Drosophile, trois complexes de ce type ont été identifiés : NURF (Tsukiyama et Wu, 1995), CHRAC (Varga-Weisz et al., 1997) et ACF (Ito et al., 1997) (Tableau 3). En plus de sa partie ATPasique, ISWI possède également un domaine de liaison aux histones (principalement à l’histone H4) : le domaine SANT (Swi3, Ada2, N-CoR, TFIIB) qui agit également comme une plateforme d’interaction pour certaines protéines (Boyer et al., 2004) et un domaine SLIDE (SANT Like ISWI Domaine) qui permet des interactions avec l’ADN nucléosomal (Grune et al., 2003). Des homologues de ISWI ont été identifiés chez tous les eucaryotes supérieurs, suggérant un rôle important de cette protéine. Chez l’Homme, deux sous-unité ATPasique, différentes dans leurs extrémités C-terminale et N-terminale, ont été identifiées, il s'agit de SNF2-L et SNF2-H (Okabe et al., 1992 ; Aihara et al., 1998). Ces deux protéines ne sont pas exprimées dans les mêmes tissus, suggérant ainsi des fonctions tissus- spécifiques (Lange et al., 2011), et ne sont pas incluses dans les mêmes complexes de type ISWI. En plus de ces cœurs catalytiques, les complexes ISWI comprennent plusieurs sous- unités alternatives qui non seulement permettent la reconnaissance différentielle de domaines chromatiniens particuliers, mais assurent également des fonctions multiples, comme l’activation de la transcription (Strohner et al., 2001), la régulation de l’élongation et de la terminaison de la transcription (Morillon et al., 2003) mais également la régulation de la réplication (de la Serna et Imbalzano, 2002).
C-La famille Mi2-NuRD
Ce complexe de remodelage est, comme pour les deux familles précédentes, particulièrement hétérogène dans sa composition. Il est caractérisé par la présence de la sous- unité Mi-2/CHD (Chromodomain helicase DNA binding protein) à activité ATPase. Elle
Figure 21: Sous-unités du complexe Mi2/NuRD chez l’Homme (Lange et al.,
2011).
Dans ce complexe, la sous-unité CHD, en rouge, porte la fonction ATPasique. Elle peut être CHD3 ou CHD4. Les autres protéines s’assemblent de façon spécifique afin de spécialiser les fonctions de chaque type de complexe.
Figure 22: Sous-unités des complexes INO80 chez l’Homme (Lange et al.,
2011).
Ce complexe, initialement identifié chez la levure S.cerevisiae, est principalement impliqué dans le remodelage de la chromatine au niveau de gènes activés suite à des dommages à la chromatine.
existe sous deux isoformes chez l’Homme : Mi-2α/CHD3 et Mi-2β/CHD4 (Woodage et al., 1997) (Figure 21). En plus de chromodomaines qui reconnaissent les lysines méthylés (Lange
et al., 2011), les sous unités Mi-2 présentent un domaine KRAB (krueppel associated box)
impliqué dans la répression transcriptionnelle et dont les fonctions nécessitent le recrutement de la sous-unité KAP-1 (Schultz et al., 2001). Le complexe Mi-2/NuRD comprend également des sous-unités de type MBD, capables de liaison à l’ADN méthylé, les HDAC1 et HDAC2 qui permettent une déacétylation des histones (Humphrey et al., 2001) et enfin des protéines de la famille MTA, MTA1, MTA2 ou MTA3, impliquées chacune dans une réponse transcriptionnelle spécifique (Bowen et al., 2004). L'assemblage spécifique de certaines sous- unités au sein des complexes Mi2-NuRD permet, comme dans le cas des complexes précédents, une spécialisation de leurs fonctions.
d-INO80
La protéine Ino80 a été découverte par homologie de séquence avec l’ATPase ISWI du complexe NURF (Ebbert et al., 1998). Elle appartient à la famille de protéine SNF2/SWI2 et présente un domaine ATPasique très conservé (Tsukiyama et al., 1999) que l’on retrouve chez la Drosophile (dIno80) et chez l’Homme (hIno80). Ino80 fait partie d’un complexe de remodelage de la chromatine, identifié chez S.cerevisiae. Ce complexe de remodelage, INO80, possède également une sous unité d’actine G, des protéines Arp4, Arp5 et Arp 8 ainsi que de Rvb1 et Rvb2 (Figure 22). Il semblerait que ce complexe soit principalement impliqué dans la réparation de l’ADN à travers le remodelage de la chromatine au niveau de gènes activés par les dommages à l’ADN (Shen et al., 2000).
e-SWR1
Swr1, tout comme Ino80, fait partie de la famille de protéine SNF2/SWI2. Cette protéine est présente en complexe avec une douzaine d’autres protéines dont l’actine G, Arp4, Rvb1 et Rvb2, communes à d’autres complexes de remodelage de la chromatine. On trouve également dans le complexe SWR1 des histones et en particulier l’histone H2A.Z qui établit une interaction à la fois physique et fonctionnelle avec Swr1. Le rôle de ce complexe serait principalement d'assurer l’échange de H2A par son variant H2A.Z, et cela de façon ATP dépendante (Mizuguchi et al., 2004).
2-Les enzymes de modifications des histones et les variant d’histones
Les modifications post-traductionnelles présentent sur les extrémités N-terminales des histones comme l’acétylation ou bien la méthylation de certains résidus sont impliquées dans l’accessibilité de la chromatine aux protéines de la machinerie de transcription. Il en est de même pour l’inclusion de certains variants d’histone comme H2A.Z qui créent des zones chromatiniennes incluant des nucléosomes instables, sur lesquelles des facteurs impliqués dans la transcription peuvent être mobilisés. Les protéines impliquées dans les modifications des histones ont été développées dans le paragraphe II-B-1-, et les histones et les variants d’histones ayant un rôle dans la régulation transcriptionnelle ont été décrits dans le paragraphe II-A-2 et II-A-3 respectivement.