La transcription de classe III

Les trois phases principales de la transcription sont l’initiation, l’élongation et la terminaison, chaque étape est régulée. Durant l’initiation, un complexe compétent de l’ARN polymérase et de ses facteurs de transcription est formé au promoteur, la matrice ADN est alignée au niveau du site catalytique de l’ARN polymérase. Au site catalytique, les nucléotides sont appariés et ajoutés de façon processive lors de l’élongation. Enfin, le complexe de transcription et le transcrit sont relargués de la matrice au cours de la terminaison de la transcription.

Initiation

Recrutement des facteurs de transcription aux promoteurs-formation du PIC La première étape de la formation des complexes d’initiation de la transcription (PIC), de la RNAP III sur les promoteurs de type II consiste dans la reconnaissance des sites A et B par TFIIIC. Une fois le complexe TFIIIC-ADN formé, TFIIIB est recruté et se fixe stablement environ 25 bases en amont du TSS. La connexion entre TFIIIB et TFIIIC est due principalement à l’interaction entre Bdp1 et TFIIIC102. TBP et Bdp1 induisent une courbure à l’ADN. La RNAP III est ensuite recrutée, via des interactions entre TFIIIB et la RNAP III. Les principaux contacts entre la RNAP III et TFIIIB s’effectuent via les sous-unités Rpc17, Rpc34 d’une part et Brf1 d’autre part (Geiduschek and Kassavetis, 2001). Brf1 contacte également les sous unités Rpc32/Rpc39/Rpc62. Cette interaction est observée chez S. cerevisiae, et chez les mammifères (Kenneth et al., 2008).

TFIIIB joue également un rôle en aval du recrutement de la RNAP III, dans l’initiation de la transcription, guidant l’ouverture de la bulle de transcription (Grove et al., 2002; Kassavetis et al., 2003; Kassavetis et al., 2001). TFIIIB peut, in vitro, être recruté indépendamment de TFIIIC, en amont de certains gènes de S. cerevisiae possédant une boîte TATA, comme le gène de l’ARN U6, ou certains gènes d’ARNt (Dieci et al., 2000). Mais l’assemblage de TFIIIB en amont du TSS des gènes de classe III est entièrement dépendant de TFIIIC in vivo (Burnol et al., 1993). La plupart des promoteurs de type I et II ne possèdent pas de séquence TATA, c’est pourquoi TFIIIB doit être recruté par TFIIIC (Kassavetis et al., 2003).

Dans le cas du promoteur de type I, l’ICR est tout d’abord reconnu et lié par le polypeptide TFIIIA, servant de plateforme au recrutement de TFIIIC. Le recrutement de TFIIIB et de la RNAP III suit ensuite une voie identique à la formation du PIC sur les promoteurs de type II.

Le gène U6 chez la levure dépend de TFIIIC, tandis que chez les mammifères, TFIIIC n’est pas nécessaire, la forme TFIIIBα est recrutée. Oct1 et SNAPc se lient de façon coopérative au niveau de leur site respectif DSE et PSE. Cette liaison requiert un contact direct protéine-protéine entre Oct1 et SNAP190. Cette interaction, malgré la distance séparant leurs sites de liaison est possible grâce à la structure particulière de la chromatine ; un nucléosome positionné entre le DSE et le PSE rapproche les deux sites et permet le contact entre les deux protéines (Zhao et al., 2001). SNAPc recrute alors TFIIIB, qui recrute à son tour la RNAP III. Malgré la similarité partielle des protéines Brf1 et Brf2, le recrutement de la RNAP III aux promoteurs de type III requiert les mêmes interactions entre Brf2 et Rpc32/Rpc39/Rpc62 (Kenneth et al., 2008).

Figure 4. Recrutement des facteurs de transcription aux promoteurs des gènes de classe III (d’après Teichmann et al., 2010). Hs : Homo sapiens

Les sous-unités du complexe PSE-binding transcription factor (PTF) ont été indiquées selon la nomenclature PTF, leur masse moléculaire correspond aux sous-unités du complexe SNAPc. SNAPc 19 n’a pas été reporté dans le complexe PTF.

Initiation de la transcription

In vitro, TFIIIB une fois recruté au promoteur par TFIIIC ou SNAPc est capable de diriger plusieurs cycles de réinitiation de la transcription, et cela même en l’absence de TFIIIC (Paule and White, 2000), démontrant que l’interaction entre la RNAP III et TFIIIC, TFIIIA et/ou SNAPc n’est pas essentielle à l’initiation. Ainsi, TFIIIA, TFIIIC et SNAPc sont considérés comme des facteurs de recrutements de TFIIIB aux différents promoteurs, au même titre que TFIIB dirige le recrutement de la RNAP III (Kassavetis et al., 1990). Le positionnement de TBP dans TFIIIB est dû au recrutement de TFIIIB par TFIIIC, et est spécifié par la position de la boite A (Joazeiro et al., 1996). La RNAP III identifie le site d’initiation de la transcription sur la base de la distance imposée par la fixation de TBP à l’ADN. Cet espacement n’est pas complètement fixe, car la RNAP III peut se déplacer sur l’ADN jusqu’à localiser le signal -1/+1 pyrimidine/purine, spécifiant l’extrémité 5’ de l’ARN (Grove et al., 2002).

Le recrutement de la RNAP III par TFIIIB induit une dénaturation de l’ADN autour du TSS de la transcription sur une matrice linéaire ou surenroulée ; cette bulle s’étend sur environ 22 pb autour du nucléotide d’initiation (Kassavetis et al., 1992; Kassavetis et al., 1990).

Au cours de la transition de l’initiation en élongation, deux ou trois transcrits abortifs sont produits avant que la synthèse du transcrit, en entier, ne démarre. Cette phase est rapide, et ne se traduit pas par une pause particulière de la RNAP III (Bhargava and Kassavetis, 1999). La RNAP III se détache de TFIIIB après avoir transcrit une chaîne d’environ six nucléotides au minimum (Kassavetis et al., 1992).

Elongation

L’étape d’échappée du promoteur n’est pas limitante. Une fois la transcription amorcée, la RNAP III progresse le long du gène, en parallèle de la bulle de transcription. L’élongation n’est pourtant pas uniforme, de nombreux sites de pause émaillent l’unité de transcription, comme les nucléosomes, ou des dommages à l’ADN. Les ARN Polymérases en élongation rencontrent souvent divers obstacles provoquant des pauses, et parfois même la terminaison de la transcription. Un mécanisme permettant le passage de ces blocages est le clivage du transcrit naissant dans le complexe ternaire, permettant d’aligner de nouveau l’extrémité 3’ du transcrit dans le site actif de l’enzyme. L’activité hydrolytique 3’-> 5’ de l’ARN est ubiquitaire, et est une fonction intrinsèque de l’ARN polymérase elle-même. Pourtant, il existe souvent un facteur associé à la RNAP, stimulant cette activité. La RNAP III, comme la RNAP I n’emploie pas de facteur d’élongation particulier. La reconnaissance de ces sites de pause est effectuée par la sous- unité Rpc11, pour la RNAP III. Cette sous-unité est l’homologue fonctionnel de TFIIS, facteur d’élongation de la RNAP II (Chedin et al., 1998; Landrieux et al., 2006).

Terminaison

Une fois l’élongation achevée, la reconnaissance des signaux de terminaison permet à la RNAP III de re-larguer le nouveau transcrit et de ré-initier un nouveau cycle de transcription. Ces sites sont généralement une succession de thymidines, au nombre de quatre chez les mammifères, à cinq ou six thymidines chez la levure. Le terminateur est généralement situé en aval de la séquence de l’ARN mature, impliquant une étape post-transcriptionnelle de clivage de l’extrémité 3’ du pré-ARN. Cependant, le terminateur d’un grand nombre de gènes d’ARNt ne ressemble pas à une séquence canonique, et serait situé très en aval. In vitro, ces sites peuvent soit assurer une terminaison de la transcription efficace, ou être permissifs. Ils laisseraient passer la RNAP III au travers. Dans ce cas-là, la terminaison aurait lieu plus en aval, au niveau d’un autre site de terminaison. Cette « fuite » génère par conséquent une séquence 3’ du pré-ARN beaucoup plus longue. Cette séquence est clivée lors de la maturation de l’ARN. Orioli suggère que cette séquence pourrait donner naissance à une nouvelle espèce d’ARN (Orioli et al., 2011b). La partie 3’ des SINEs contient normalement un terminateur. Cependant, certains SINEs ne possèdent pas cette séquence signal. Leur transcription se poursuit jusqu’à ce que la RNAP III rencontre un terminateur.

La terminaison est également une propriété intrinsèque de la RNAP III, ne nécessitant généralement pas l’intervention de facteurs externes. Comme précisé précédemment, cette étape requiert le sous-complexe Rpc53/Rpc37, qui diminuant la processivité de la RNAP III, ne lui permet pas de passer au travers des séquences Poly(dT) (Landrieux et al., 2006).

Réinitiation

Deux stratégies peuvent être adoptées lors de la réinitiation de la transcription (Dieci and Sentenac, 2003). Dans le cas de la réinitiation assistée par le PIC, une ou plusieurs étapes du cycle de transcription peuvent être contournées. Les facteurs de transcription recrutés au moment de l’initiation du premier tour de transcription restent associés au promoteur, durant les cycles successifs de transcription. Ces complexes contiennent les facteurs nécessaires au recrutement de l’ARN polymérase. Dans le cas des réinitiations très efficaces, l’ARN polymérase reste stablement associée à la matrice, et réinitie très rapidement de nouveaux tours de transcription. La deuxième stratégie de réinititation est basée sur les protéines. Dans ce cas, ces facteurs doivent être recyclés pour diriger de nouveaux tours de transcription.

Tous les facteurs de transcription de classe III restent liés à l’ADN durant la transcription facilitant la ré-initiation de la transcription du même gène (Ferrari et al., 2004). La RNAP III réinitie la transcription sur la même matrice, dans un processus couplé à la terminaison. Au moment de la terminaison, l’ARN est libéré, tandis que la RNAP III reste associée au gène. L’initiation pourrait être facilitée par l’établissement d’un contact spécifique entre la RNAP III présente au terminateur et un facteur du complexe de préinitiation. Ce contact pourrait impliquer la formation d’une boucle facilitée par la petite taille des gènes de classe III (Dieci and Sentenac, 1996). Ce processus de réinitiation est également observé pour des gènes plus long comme SCR1 chez la levure (ARN 7SL) (Dieci et al., 2002). Chez l’homme, il existe des facteurs putatifs facilitant la réinitiation, comme la protéine La, ou NF1. La phosphoprotéine La peut intervenir durant la terminaison et le ré-initiation. Cette protéine peut lier l’oligo(U) (signal de terminaison) en 3’ de l’ARN naissant, et le protéger de la dégradation. Il pourrait de plus faciliter la maturation de l’ARN et son assemblage dans les complexes RNP (Maraia, 2001).