Les mécanismes de régulation transcriptionnelle utilisés par HNF4

HNF4 agit principalement en tant qu’activateur de la transcription des gènes bien qu’en certaines occasions, il peut également agir comme répresseur. Pour moduler l’expression de ses gènes cibles, HNF4 recrute au niveau de l’ADN différents partenaires qui agiront sur les diverses étapes de la transcription (Figure 3).

En premier lieu, il a été montré que HNF4 interagit directement avec certaines sous- unités du complexe transcriptionnel Mediator pour stimuler la transcription; un mécanisme répandu chez la superfamille des récepteurs nucléaires (W. Chen & Roeder, 2011). Des essais de transcription in vitro combinés à des essais d’interaction par GST pull-down ont démontré que HNF4 interagit avec les sous-unités MED1 et MED14 pour activer la transcription (Sohail Malik, Wallberg, Kang, & Roeder, 2002). De plus, HNF4 interagit avec la sous-unité MED25 dans le contexte d’une lignée hépatique ou pancréatique pour activer l’expression de gènes spécifiques (Englert, Luo, Goldstein, & Surapureddi, 2015; Han, Rha, & Chi, 2012; Rana, Surapureddi, Kam, Ferguson, & Goldstein, 2011). Outre le complexe Mediator, HNF4 interagit aussi avec le coactivateur transcriptionnel PC4 qui relie les facteurs de transcription avec le complexe de la PolII (Green et al., 1998; Marroquin, Wai, Kuo, & Guo, 2005). En deuxième lieu, HNF4 peut également interagir

directement avec certains facteurs de transcription généraux tels que TFIID. Au niveau du foie, l’interaction entre TAF4 (sous-unité du complexe TFIID) et HNF4 est autant nécessaire pour la formation du PIC que pour le positionnement de HNF4 sur ses sites de régulation dans les promoteurs (Alpern et al., 2014). Aussi, TFIIB peut être recruté par HNF4 sur un site enhancer du gène APOA1 in vitro (S Malik & Karathanasis, 1996). Une étude de Green et coll. révèle également que les isoformes P1 de HNF4 peuvent interagir avec un grand nombre de facteurs de transcription généraux (TBP, TFIIB, TAF6, TAF9, TADA2A, TFIIH-p62) par leur région activatrice AF-1 (Green et al., 1998). Ensemble, ces évidences démontrent qu’un des mécanismes utilisés par HNF4 pour activer la transcription est de favoriser la formation ou la stabilisation du PIC par le recrutement direct du complexe Mediator, du coactivateur PC4 ou de certains GTF.

Figure 3 : Les mécanismes de régulation transcriptionnelle de HNF4α.

Le récepteur nucléaire HNF4α active la transcription des gènes en recrutant différents cofacteurs et partenaires protéiques. Ceux-ci permettent de modifier la chromatine et favoriser la transcription par l’ARN polymérase II.

À l’instar de la grande majorité des récepteurs nucléaires, HNF4 stimule également la transcription de gènes en recrutant des coactivateurs qui modifieront l’état de la chromatine ou formeront des complexes de régulation (Perissi & Rosenfeld, 2005). Un grand nombre de coactivateurs ont été identifiés jusqu’à ce jour pour HNF4 dont NCOA1 (SRC-1), NCOA2 (GRIP-1), NCOA3 (SRC-3), NCOA6, PGC-1alpha, CBP/p300, Cited2, TRIP3, pRb et EWS. Ces coactivateurs permettent à HNF4 d’exercer son activité transcriptionnelle et peuvent également diriger cette activité vers des fonctions spécifiques dans la cellule. Par exemple, PGC-1alpha agit comme coactivateur de HNF4 dans la gluconéogenèse (Rhee et al., 2003) et Cited2, dans le développement du foie (Qu et al., 2007). En plus de permettre la transcription, le recrutement de coactivateurs par HNF4 permet également d’ajuster le niveau d’expression de ses gènes cibles selon le contexte. Ainsi les coactivateurs NCOA1 et CBP/p300, qui peuvent chacun activer à un certain niveau le promoteur de APOA1 en liant HNF4 vont l’activer d’une manière synergique dans un contexte où ils sont conjointement exprimés avec HNF4 (Maria Elena Torres- Padilla & Weiss, 2003). De plus, l’activation du promoteur de CYP2C9 par HNF4 sera grandement augmentée dans un contexte où NCOA6 est présent pour permettre une synergie avec le récepteur nucléaire CAR (Surapureddi, Rana, Reddy, & Goldstein, 2008). En plus d’influencer son activité, le recrutement de coactivateurs par HNF4 influence aussi sa régulation post-traductionnelle. Tel que mentionné précédemment, des évidences obtenues par cristallographie suggèrent que l’interaction du cofacteur NCOA1 avec HNF4 permet son activation en bloquant sa conformation dans une forme active comme le ferait un ligand (Duda et al., 2004). PGC-1alpha quant à lui influence l’activité de HNF4 permettant qu’il demeure actif en présence de cytokines qui normalement inhiberaient sa fonction en diminuant sa capacité de liaison à l’ADN (Z Wang & Burke, 2008). Finalement, une étude publiée par Torres-Padilla et Weiss suggère que certains coactivateurs permettent de préciser les gènes cibles qui seront activés par HNF4 (Maria Elena Torres-Padilla & Weiss, 2003). En effet, ils ont observé par essais luciférase que NCOA2 active spécifiquement le promoteur de APOA1 lorsque HNF4 est présent mais pas ceux de APOC3 et APOB. En contre partie, p300 active sans distinction les trois promoteurs de ces apolipoprotéines en présence de HNF4. Ainsi, p300 pourrait agir

comme un activateur général pour HNF4 alors que NCOA2 pourrait plutôt agir comme un activateur spécifique de certains gènes cibles.

Un autre mécanisme par lequel HNF4 peut activer l’expression des gènes est via une interaction directe avec des enzymes de modification des histones. Par exemple, la régulation des gènes APOA1 et SERPINA1 (alpha1-antitrypsine) par HNF4 au cours de la différenciation des cellules Caco2 dépend de son interaction avec l’arginine méthyltransférase PMRT1. Celle-ci va méthyler HNF4 pour augmenter son affinité de liaison à l’ADN et elle permet la méthylation de l’histone H4 une fois rendue au promoteur pour favoriser la transcription (Barrero & Malik, 2006). De plus, il a été montré à plusieurs reprises que HNF4 peut recruter CBP, une histone acétyltransférase, qui permet l’activation de ses gènes cibles en acétylant les histones (Dell & Hadzopoulou-Cladaras, 1999).

L’ensemble du transcriptome régulé par HNF4 dépend également de ses interactions avec d’autres facteurs de transcription. L’analyse à grande échelle des sites de liaison sur le génome par ChIP-seq a démontré que HNF4 est fréquemment lié près de certains autres facteurs de transcription suggérant une interaction. D’ailleurs, plusieurs facteurs de transcription interagissent avec HNF4 dont Cdx2, GATA-4, HNF1alpha, ERα, p53, COUPTFII, SREBP-1, SREBP-2, LEF1, TCF4 et DAX1. Certaines de ces interactions permettent à HNF4 d’aller lier des sites spécifiques sur l’ADN. Entre autre, le facteur de transcription Cdx2, spécifique à l’épithélium intestinal, agit comme un facteur pionnier (Pioneer factor) en ouvrant la chromatine au niveau des régions activatrices (enhancers) que HNF4 lie pour activer ses gènes cibles (Verzi et al., 2013). Au cours de la différenciation de la lignée épithéliale intestinale Caco2, plusieurs gènes de différenciation sont conjointement régulés par l’interaction de Cdx2 et de HNF4 sur leurs régions activatrices (Verzi et al., 2010); un phénomène également observé in vivo chez la souris (San Roman, Aronson, Krasinski, Shivdasani, & Verzi, 2014). Dans un autre contexte, il a été démontré que HNF4 lie le facteur de transcription GATA-4 via son domaine AF-2 pour réguler conjointement certains de ses gènes cibles dans la lignée d’hépatocarcinome

HepG2 (Sumi et al., 2007). De façon similaire, HNF4 et GATA-4 pourraient aussi collaborer dans les cellules Caco2 puisque les régions activatrices liées par HNF4 dans leur génome sont enrichies en motifs GATA (Weltmeier & Borlak, 2011). HNF4 peut également réguler l’expression de gènes ne possédant pas son élément de réponse en interagissant avec d’autres facteurs de transcription. Par exemple, HNF4 peut induire l’expression des gènes cibles de HNF1alpha en interagissant physiquement avec lui par son LBD en permettant le recutement du coactivateur p300 (Eeckhoute, Formstecher, & Laine, 2004). En contre partie, HNF1alpha peut inhiber l’expression des gènes cibles de HNF4 en le liant pour bloquer le recrutement de ses coactivateurs aux promoteurs (Ktistaki & Talianidis, 1997). Ce genre de mécanisme d’inhibition de l’activité de HNF4 sur ses gènes cibles a également été observé avec les facteurs p53, SREBP-1, SREBP-2, ERα et DAX1(Inoue, Yoshinari, Sugawara, & Yamazoe, 2011; Maeda, Seidel, Wei, Liu, & Sladek, 2002; Nedumaran et al., 2009; Ponugoti, Fang, & Kemper, 2007; S. H. Wang et al., 2012; Yamamoto et al., 2004). Ainsi, l’interaction de HNF4 avec tous ces facteurs de transcription module selon le contexte cellulaire son activité transcriptionnelle, ses gènes cibles et, en bout de ligne, les voies cellulaires qui seront influencées.

Quoique HNF4 agit principalement comme activateur de la transcription, il demeure qu’il peut également réprimer l’expression de ses gènes cibles. Dans ces cas particuliers, HNF4 peut recruter le corépresseur NCOR2 (anciennement connu sous le nom SMRT) qui inhibera la transcription via une activité histones déacétylases (HDAC) (Ruse, Privalsky, & Sladek, 2002; M E Torres-Padilla et al., 2002). De manière similaire, le corépresseur SMILE peut être recruté par HNF4 pour inhiber la transcription de ses gènes cibles par des HDACs ou en bloquant la liaison de ses coactivateurs (Xie, Nedumaran, & Choi, 2009). Finalement, une étude a démontré que l’inhibition du complexe Mediator par interférence à l’ARN engendre le recrutement du complexe de répression PRC2 par HNF4. Le complexe PRC2 réprimera alors la transcription des gènes cibles de HNF4 en méthylant les histones limiter l’accessibilité à la chromatine (Englert et al., 2015).

En somme, HNF4 utilise plusieurs mécanismes distincts pour réguler l’expression des gènes. La vaste gamme de cofacteurs et de facteurs de transcription avec lesquels HNF4 peut interagir démontre la complexité et l’étendue de son action dans les cellules. Il demeure toutefois que l’interaction des isoformes de HNF4 avec des partenaires est centrale à leurs fonctions.