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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.