CHAPITRE 1 : Introduction 1
1.1 Régulation de la transcription par l’ARN polymérase II 1
1.1.2 La machinerie transcriptionnelle eucaryote 8
1.1.2.3 Les coactivateurs 11
Description générale
Alors que l’ARN Poll II et les GTFs sont suffisants pour initier la transcription dans un système reconstitué, des facteurs supplémentaires sont requis pour permettre l’expression des gènes en réponse à des activateurs. C’est à partir de ces observations que l’existence des coactivateurs a été découverte au début des années 9047. Ces facteurs, dont l’identification a été essentiellement fondée sur leur capacité à interagir avec des facteurs de transcription, peuvent être classés en deux grandes catégories48,49:
- Les coactivateurs interagissant avec l’ARN Pol II ou des composants de la machinerie basale de transcription.
- Les coactivateurs possédant des activités modifiant la chromatine (cette catégorie est l’objet de la section 1.2.3.2 de cette introduction).
Les coactivateurs sont définis comme des protéines stimulant la transcription sans se lier directement à l’ADN. Ils sont recrutés par l’intermédiaire d’interactions protéine-protéine avec un ou plusieurs activateurs liés à l’ADN. Les activateurs ont des fonctions semblables à celle des activateurs et consistent généralement en des complexes multi- protéiques contenant plusieurs sous-unités stablement associées les unes aux autres. Ils sont néanmoins sujets à des réarrangements dynamiques. De cette façon, les coactivateurs sont capables de transmettre différents signaux de l’environnement en
présence spécifique de certains coactivateurs dans une cellule joue un rôle clé dans la détermination de la réponse régulatrice, puisqu’ils peuvent moduler la capacité d’un activateur à positivement ou négativement réguler la transcription.
Le complexe Médiateur : un intégrateur central de la transcription
Parmi les coactivateurs qui ciblent directement l’ARN Pol II, Médiateur est probablement le plus crucial par son action généralisée et par la diversité de ses rôles dans la régulation du transcriptome51. Le complexe Médiateur, composé de 26 sous-unités chez les
mammifères (jusqu’à 21 sous-unités chez la levure), est une cible générale des domaines d’activation des facteurs de transcription. Une fonction fondamentale de ce méga- complexe est de directement transmettre les signaux régulateurs des facteurs de transcription fixés sur l’ADN à l’ARN Pol II. Les mécanismes précis par lesquels Médiateur régule l’activité de l’ARN Pol II sont encore mal compris, mais ils impliquent d’importantes interactions protéine-protéine entre Médiateur, l’ARN Pol II et d’autres régulateurs transcriptionnels généraux et tissus-spécifiques52.
La découverte du complexe Médiateur découle d’une combinaison d’études biochimiques et génétiques. Médiateur a d’abord été découvert comme étant une activité requise pour l’activation transcriptionnelle dans un système reconstitué de levure53,54. Une fois purifiée à
homogénéité, il s’est révélé que cette activité résidait dans un complexe contenant 20 protéines pouvant exister dans un état libre ou en complexe avec l’ARN Pol II, appelé holoenzyme55 (Figure 1.5). Parallèlement à ces travaux, divers cribles génétiques visant à
identifier des mutations affectant la transcription chez la levure ont identifié deux tiers des gènes codant pour des sous-unités du complexe Médiateur. En particulier, cinq des sous- unités identifiées génétiquement, appelées Srbs (suppressors of RNA polymerase B), ont été caractérisées comme interagissant avec le domaine C-terminal de l’ARN Pol II in vivo, et ont été montrées comme liant la polymérase in vitro56. Par la suite, il a été décrit que les équivalents mammifères du Médiateur de levure interagissent avec des activateurs transcriptionnels et jouent un rôle essentiel dans la régulation de la transcription49.
Le cœur de la structure du complexe Médiateur est composé de trois modules distincts : les modules "tête", "milieu" et "queue". Un quatrième module, appelé "kinase" et consistant en CDK8, cycline C ainsi que les sous-unités MED12 et MED13, peut s’associer de façon réversible avec le complexe cœur (Figure 1.5). Médiateur sous sa forme minimale et en association avec le module "kinase" constituent les deux formes majeures sous lesquelles il est retrouvé chez l’homme. De façon générale, les modules
"tête" et "milieu" interagissent avec la machinerie transcriptionnelle de base et le module "queue" interagit avec divers activateurs. Il a été proposé que l’interaction avec le module "kinase" pourrait empêcher l’association de Médiateur avec l’ARN Pol II et aurait une fonction répressive sur la régulation de la transcription57,58. Cependant, des rôles activateurs du module "kinase" ont également été rapportés dans la littérature51.
Figure 1.5: Les différentes formes du complexe Médiateur.59
Le complexe Médiateur peut être retrouvé sous au moins trois formes dans la cellule : en complexe cœur composé des modules "tête", "milieu" et "queue” ;; sous forme d’holoenzyme où il adopte une forme plus ouverte en association avec l’ARN Pol II ;; et en association avec le module "kinase” empêchant ainsi l’interaction du complexe avec l’ARN Pol II.
En plus de la variabilité intrinsèque provenant de la structure modulaire du complexe, une caractéristique fondamentale de Médiateur est la variabilité de sa composition ;; des sous- unités pouvant être perdues ou ajoutées. Cela affecte alors la fonction biologique du complexe puisque ses sous-unités sont engagées dans des interactions spécifiques avec certains facteurs. Une autre propriété du complexe Médiateur est sa flexibilité structurale. En effet, le complexe subit d’importants changements conformationnels en réponse à différents signaux, comme lors de sa liaison à l’ARN Pol II, de son interaction avec le module "kinase" ou encore suite à la liaison avec divers activateurs60(Figure 1.5).
Le complexe Médiateur joue différents rôles tout au long de la transcription. Dans un premier temps, il s’associe à la machinerie transcriptionnelle de base pour favoriser et/ou
stabiliser l’assemblage du complexe de pré-initiation de la transcription. En effet, tous les facteurs composant le PIC ont été physiquement ou fonctionnellement associés au complexe Médiateur. Dans un second temps, Médiateur joue un rôle dans l’élongation de la transcription puisqu’il a été montré que différentes sous-unités du complexe interagissent avec plusieurs facteurs régulant l’élongation. Enfin, le complexe Médiateur interagit avec d’autres coactivateurs modifiant la chromatine et a été impliqué dans la mise en place de boucles d’ADN enhancer-promoteur 52,60.
Étant donné son rôle essentiel dans l’initiation de la transcription, le complexe Médiateur fait l’objet de controverses quant à sa fonction dans la transcription comme coactivateur ou plutôt comme facteur général de la transcription. Autrement dit, le débat repose sur le fait que Médiateur soit requis ou non pour la transcription de l’ensemble des gènes régulés par l’ARN Pol II. Ainsi, plusieurs observations suggèrent que le complexe agit comme un GTF. En effet, il a été montré que le complexe Médiateur peut stimuler la transcription basale in vitro en l’absence d’activateurs liant l’ADN61,62. De plus, des essais génétiques chez la levure ont décrit que la perte de certaines sous-unités clés du complexe affecte la transcription aussi sévèrement qu’une perte de l’ARN Pol II63–65. Cependant, d’autres études ont attribué des fonctions gènes et tissus-spécifiques à un certain nombre de sous- unités du complexe, appuyant son rôle comme coactivateur59. Par ailleurs, une étude récente montre que Médiateur n’est pas requis pour la formation du PIC in vivo, bien qu’il soit essentiel à la transcription par l’ARN Pol II et qu’il stimule la formation du PIC66.