La deuxième catégorie de mécanismes de remodelage de la structure chromatinienne met en jeu des complexes de remodelage spécialisés, qui agissent dans la réorganisation de la chro-matine associée à des gènes particuliers. La structure de la chrochro-matine réduit l’interaction de l’ADN avec les facteurs nucléaires. Par example, la protein TBP (TATA box Binding Protein) peut s’accrocher à la séquence TATA de l’ADN nu avec un Kd de 10−9 − 10−10M, mais est incapable de s’accrocher sur la chromatine, vu que son Kd est de l’ordre de 10−6M [18]. La création d’un ADN accessible, dans le contexte chromatinien, est un évènement clé dans plu-sieurs processus cellulaires (comme la régulation transcriptionelle, la réplication, la réparation de l’ADN ou la recombinaison), et la dérégulation de ce remodelage a de sévères conséquences sur la croissance cellulaire, la division et la différentiation. Un grand nombre de ces complexes de remodelage ont été identifiés [107, 108, 109].
Ces complexes utilisent l’énergie d’hydrolyse de l’ATP pour induire des changements lo-caux dans l’arrangement des nucléosomes et dans l’enroulement de l’ADN au sein de la chro-matine. Les mécanismes de modifications covalentes des histones et de remodelage des nucléo-somes ne sont pas indépendants. Une des implications de la théorie du code des histones est que ces différentes machineries peuvent s’influencer mutuellement. L’action des complexes de modification des histones et de remodelage de la chromatine peut être ciblée au niveau de cer-tains promoteurs. Cercer-tains régulateurs transcriptionels peuvent interagir avec les deux types de machineries, ce qui suggère que les deux mécanismes peuvent coopérer [51, 110, 111, 112]. Les gènes de l’endonucléase HO et de l’interféron-β sont donnés à titre d’exemple pour mon-trer l’effet de la coopération entre les modifications covalentes des histones et les facteurs de remodelage (Fig. 2.5) [50, 52].
Les facteurs de remodelage de la chromatine ont été étudiés généralement comme facteurs d’activation génetique. En réalité, ils peuvent aussi faciliter la répression génétique. Des ex-périences mesurant la variation de l’expression génétique dans la levure, en présence d’une inactivation de SWI/SNF, ont montré une réduction des niveaux d’expression de 5-6% des
Le remodelage de la chromatine Les facteurs de remodelage de la chromatine
activateur
promoteur
Ac Ac
SWI/SNF HAT PIC
a) schéma d'interaction b) le promoteur de l'endonucléase HO i) recrutement de SWI/SNF
ii) recrutement de SAGA
SWI5 SWI/SNF
SAGA
Ac Ac
iii) acétylation du promoteur
iv) assemblage du PIC
Ac Ac Ac Ac Ac Ac Ac Ac Ac Ac Ac Ac Ac Ac Ac Ac Ac Ac Ac Ac PIC Ac Ac Ac Ac c) le promoteur de l'interferon-b i) recrutement de GCN5 et acétylation
ii) recrutement de CBP/PolII et de SWI/SNF
Ac Ac Ac enhanceosome G CN5 Ac Ac Ac Ac Ac SWI/SNF CBP/PolII
ii) assemblage du PIC
PIC
FIG. 2.5 – a) L’accrochage de certains activateurs transcriptionels, peut recruter au niveau du promoteur des gènes les facteurs de remodelage ainsi que le complexe de pré-initiation de la transcription (PIC). b) et c) Schémas montrant le recrutement séquentiel des facteurs de remodelage au niveau des promoteurs de l’endonucléase HO et de l’interféron-β. b)i) L’activateur SWI5 recrute le complexe de remodelage SWI/SNF qui commence à remodeler en rendant plus accessible le promoteur. Ensuite, ii) SWI5 recrute le complexe SAGA, qui acétyle les queues des histones (iii), en rendant le promoteur plus accessible et en favorisant ainsi l’assemblage du complexe de pré-initiation de la transcription (PIC)(iv). c)i) Dans le promoteur du gène de l’interferon-β, l’enhanceosome recrute le complexe GCN5 qui acétyle les queues des histones au niveau du promoteur. ii) Cette acétylation recrute soit le complexe CBP/PolII, soit le complexe SWI/SNF qui s’accroche grâce au bromodomaine directement sur les histones. iii) `A la fin le remodelage facilite l’assemblage du PIC.
Les facteurs de remodelage de la chromatine Le remodelage de la chromatine
domaine ATPase
domaine ATPase SANT-domaine Bromo-domaine Famille SWI2/SNF2
domaine ATPase domaine ATPase Famille INO80 Famille ISWI domaine ATPase Doigts PHD Chromo-domaine Famille Mi-2
FIG. 2.6 – Tous les complexes de remodelage de la chromatine ont pour sous-unité catalytique une AT-Pase ADN-dépendante appartenant à la famille de protéines Swi2/Snf2. Le domaine ATAT-Pase de la pro-téine Ino80 a la particularité d’être divisé en deux sous-domaines. Chaque classe est caractérisée par la présence d’un module supplémentaire. Leur domaine ATPase est conservé et ressemble à celui d’une ADN hélicase. Seul le complexe INO80 a une activité hélicase démontrée. Ce dernier contient également les protéines Rvb1 et Rvb2, homologues à une hélicase bactérienne.
gènes et la plupart semblent être régulés négativement [113]. D’autres expériences ont montré que les facteurs de remodelage régulent aussi négativement l’expression des gènes [114, 115, 116, 117, 118].
Les facteurs de remodelage de la chromatine peuvent être adressés vers des loci spécifiques par des interactions avec d’autres protéines qui régulent les gènes, ou par des épitopes situés sur des histones (Fig. 2.5). Le recrutement de SWI/SNF par certains gènes a été observé à tra-vers l’interaction avec differents facteurs de transcription séquence-spécifiques [119].
Des contacts entre les domaines d’activation de différents facteurs de transcription et les sous-unités Swi1p, Snf5p et Snf2p, ont été identifiés et ils semblent être partiellement redon-dants in vivo [120]. D’autres facteurs de remodelage sont recrutés par des répresseurs, comme ISW2p qui est recruté par le répresseur transcriptionel Ume6 au niveau de gènes qui sont ex-primés tôt dans la méiose, et ISW1p qui est recruté par le facteur séquence specifique Cbf1p au niveu du promoteur PHO8 [121, 122]. Il a été démontré que les interactions avec des coac-tivateurs ou des composants de la machinerie basale de la transcription peuvent influencer le recrutement de SWI/SNF [123, 52].
Le deuxième type d’adressage des facteurs de remodelage se fait par interaction directe avec les histones. L’exemple le mieux étudié est celui de l’interaction entre les bromodomaines des complexes et les histones acétylés. Des expériences ont montré que le bromodomaine est nécessaire pour la rétention du complexe SWI/SNF sur la chromatine acétylée in vivo et in vitro[124].
Tous les facteurs de remodelage de la chromatine sont caractérisés par la présence d’une sous-unité ATPase ADN-dépendante qui appartient à la super-famille SNF2 (Sucrose Non Fermenters)[125, 108]. Sur la base de cette sous-unité et la présence de domaines caractéris-tiques, ils ont été classés en sept sous-familles. Je parlerai seulement dans ce chapitre des quatre familles les plus importantes et les mieux connues en termes de fonction et de formation de
Le remodelage de la chromatine La famille SWI/SNF
levure
SWI/SNF levure RSC Drosophila Brahma
Swi2/Snf2 Swi1 Snf5 Homme SWI/SNF Swi3 Swp82 Swp73/Snf12 Swp61/Arp7 Swp59/Arp9 Snf6 Swp29/TafII30 Snf11 Sth1/Nsp1 Sfh1 Rsc8/Swh3 Rsc6 Rsc11/Arp7 Rsc12/Arp9 Rsc1* ou 2* Rsc3-5,-7,-9,-10 Rsc13-15 Brm Snr1 Bap155/Moira Bap60 Bap55 Bap55 Bap111 b-Actin/Bap47 Bap74 hBRG1 ou hBRM p270/BAF250 hSNF5/INI1/BAF47 BAF170, BAF155 BAF60 BAF53 BAF53 BAF57 b-Actin
TAB. 2.2 – Composition des complexes de remodelage de la chromatine de la famille SWI/SNF. La sous-unité ATPase est indiquée en rouge. Les homologues dans les différents complexes sont placés sur la même ligne. Les sous-unités Rsc1 et Rsc2 (*) sont homologues et appartiennent à deux formes distinctes du complexe RSC.
complexes : le groupe SWI2/SNF2, le groupe imitation SWI (ISWI), le groupe de la famille Ino80 et le groupe CHD (Fig.2.6). Le remodelage des nucléosomes a été décrit aussi pour les membres des sous-familles de la protéine B du syndrome de Cockayne (CSB), de la protéine Rad54 et la protéine DDM1 [126, 127, 128, 129, 130].
Leur domaine ATPase est conservé et ressemble à celui des hélicases (Fig. 2.13). Celui de la protéine Ino80 de S. cerevisiae a la particularité d’être divisé en deux sous-domaines. Au-cune activité hélicase n’a été démontrée pour ces complexes de remodelage à l’exception du complexe de levure INO80 [131]. Les domaines ATPase sont associés au sein de chaque classe à un autre motif spécifique : les ATPases de type Snf2/swi2 possèdent un motif de type bro-modomaine, le domaine ATPase des protéines homologues à Iswi est couplé par un module de liaison à l’ADN appelé domaine SANT. La famille Mi-2 est quant à elle caractérisée par la présence d’un chromodomaine. Le nombre de sous-unités de ces différents complexes varie énormément.