Les protéines High Mobility Group

Les protéines HMG (High Mobility Group) sont des protéines nucléaires ubiquitaires qui jouent un rôle dans le maintien de la structure et de la fonction de la chromatine, en participant notamment à la transcription, à la réplication, à la recombinaison et à la réparation de l’ADN. Elles lient la chromatine et agissent comme des éléments architecturaux qui induisent des modifications de structure au niveau de leur site de liaison.

Les protéines HMG sont réparties en 3 superfamilles. La famille des HMGA, qui contient un domaine AT-hook, la famille des HMGB, qui contient un domaine HMG-box et la famille des HMGN, qui contient un domaine d’interaction avec les nucléosomes (NBD, pour nucleosomal binding domain) (Table 2).

1.1. La famille des HMGA

La famille HMGA comporte quatre membres: HMGA1a, HMGA1b et HMGA1c qui proviennent de l’epissage alternatif du transcrit codé par le gène hmga1 et HMGA2, qui est codée par le gène hmga2.

Les protéines HMGA sont présentes de manière ubiquitaire dans le noyau des cellules végétales et animales (Bustin and Reeves, 1996; Reeves and Beckerbauer, 2001). Les membres de cette famille ont une masse moléculaire d’environ 11 kDa, contiennent 3 domaines AT-hook qui permettent la liaison à l’ADN ainsi qu’une queue C-terminale acide (figure 12 A). Le motif AT-hook intéragit avec l’ADN au niveau du sillon mineur de la double hélice, préférentiellement riche en bases A et T. De plus, des travaux récents montrent que HMGA2 lie deux séquences consensus, suggérant une intéraction séquence-spécifique (Cui and Leng, 2007).

Les protéines HMGA sont directement impliquées dans le contrôle transciptionnel de certains gènes. Ce sont en effet des facteurs clés dans la formation de l’ « enhanceosome », ces complexes d’assemblage de facteurs de transcriptions au niveau de régions exemptes de nucléosomes. Leur premier rôle est de tordre l’ADN de manière à augmenter l’affinité des autres protéines sur leur site de liaison et d’établir ensuite des interactions avec les facteurs de

B

A

C

A. La famille des HMGA.Les domaines AT-hook apparaissent en rouge, la queue acide en vert. Le motif AT-hook intéragit avec l’ADN au niveau

du sillon mineur de l’ADN.

B. La famille des HMGB.Les domaines HMG-box, représentés respectivement en bleu et en rouge, sont composés de trois hélices α. Les domaines HMG-box lie l’ADN linker.

C. La famille des HMGN.Les membres de la famille des HMGN lient les nucléosomes en formant des homodiméres. La spécificité de la liaison des HMGN est déterminée par le domaine de liaison au nucléosomes, indiqué en rouge, tandis que la région C-terminale de la protéine détermine l’affinité de la liaison.

(D’après Gerlitz et coll, 2009).

Famille Ancien nom Nouveau nom HMG Motif Proteins Motif fonctionnel

HMGA HMG-I/Y/C HMGA1a, HMGA1b, HMGA1c,

HMGA2 HMG-box proteins AT-hook (ATH)

HMGB HMG-1/-2 HMGB1, HMGB2, HMGB3, HMGB4 NBD proteins HMG-box

HMGN HMG-14/-17 HMGN1, HMGN2, HMGN3a,

HMGN3b, HMGN4 AT-hook proteins nucleosome binding domain (NBD)

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Introduction

transcription. Les protéines HMGA exercent ainsi une régulation positive sur les gènes codant pour la E-sélectine et les interférons γ entre autres (Chau et al., 2005; Whitley et al., 1994). Les protéines HMGA participent également aux niveaux supérieurs d’organisation de la chromatine, en se liant aux régions associées au squelette protéique, qui contient des segments d’ADN riches en bases A et T. Ainsi, HMGA1a est localisée préférentiellement sur l’hétérochromatine et est associée aux chromosomes condensés durant la mitose (Harrer et al., 2004).

1.2. La famille des HMGB

Les membres de la famille des HMGB sont au nombre de quatre, HMGB1, HMGB2, HMGB3, et HMGB4, codés par quatre gènes spécifiques.

HMGB-1, -2 et -3, d’une masse moléculaire d’environ 25 kDa, sont caractérisées par la présence de deux HMG-box, formée chacune par trois hélices alpha en L (Thomas, 2001; Thomas and Travers, 2001) qui lient le sillon mineur de l’ADN ainsi que d’une longue queue acide d’environ 30 acides aminés (Bianchi and Agresti, 2005; Landsman and Bustin, 1993; Stott et al., 2006) (figure 12 B).

Les protéines HMGB agissent comme des facteurs architecturaux capables de structurer la chromatine en pliant l’ADN (Thomas and Travers, 2001), afin de maintenir une structure ouverte de la chromatine, jouant un rôle d’activateur transcriptionnel. Elles peuvent ainsi interagir directement avec les nucléosomes (Bonaldi et al., 2002; Wu and Travers, 2004) en déplaçant l’histone de liaison H1 et facilitant donc le remodelage du nucléosome (figure 8 B). Elles peuvent également interagir avec des facteurs de transcription (Das and Scovell, 2001; Dasgupta and Scovell, 2003) : une fois liée, HMGB1 courbe l’ADN et stabilise ainsi son partenaire protéique, qui peut alors recruter d’autres protéines.

Des travaux ont montré que la queue acide liait le premier domaine HMG-box et empêchait son interaction avec l’ADN. Ainsi, la perte de cette queue augmente la liaison avec l’ADN et bloque le remodelage des nucléosomes (Knapp et al., 2004; Lee and Thomas, 2000).

Le quatrième membre de cette famille, HMGB4, a été découvert récemment (Catena et al., 2009). Cette protéine, majoritairement exprimée dans le testicule, a la particularité de ne pas posséder de queue acide. Elle est très fortement exprimée au niveau du pôle basal des noyaux

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Introduction

des spermatides allongées et l’invalidation du variant de l’histone H1, H1t2, affecte cette localisation (Paragraphe Résultats B. II.).

1.3. La famille des HMGN

Cette famille est composée de cinq membres, nommés HMGN1, HMGN2, HMGN3a, HMGN3b et HMGN4, d’une masse moléculaire d’environ 10 kDa (Bustin, 2001). Ces protéines sont caractérisées par la présence d’un domaine NBD (nucleosomal binding domain), qui permet leur interaction spécifique avec les nucléosomes (figure 12 C). Un motif de 8 acides aminés conservé entre toutes les HMGNs est impliqué dans cette interaction. La région C-terminale de la protéine est elle déterminante dans l’affinité de la liaison. Ainsi, des protéines tronquées dans cette région interagissent beaucoup moins bien avec les nucléosomes (Ueda et al., 2004).

Les protéines HMGN reconnaissent spécifiquement le cœur histone du nucléosome, indépendamment de la séquence ou de la modification de la queue N-terminale des histones (Ueda et al., 2004). Le complexe contient 2 molécules HMGN1 ou HMGN2, mais jamais une de chaque.