Mécanisme de répression des LINE-1 par En1

En effet, la plupart des séquences LINE-1 se trouvent dans des régions compactées de l’hétérochromatine, où leur expression est réprimée (Pauler et al., 2009). Ce mécanisme de répression est influencé par tous les facteurs qui modifient la structure de l’hétérochromatine, comme c’est le cas avec la cocaïne qui induit une augmentation de la transcription d’éléments répétitifs parallèlement à des changements dans le marquage H3K9me3 dans le noyau accumbens (Maze et al., 2011). En1 semble avoir une double fonction pour réprimer les LINE-1, une répression directe et une répression via la formation d’hétérochromatine (Figure 5). Cela pourrait s’expliquer par un mécanisme où sa liaison à la région 5’UTR des LINE-1 (que nous avons démontrée) initierait la transformation de la région en hétérochromatine. Un mécanisme de ce type déjà décrit implique SIRT6 qui, en se liant à la région promotrice des LINE-1, facilite

l’interaction entre KAP1 et HP1, des facteurs de l’hétérochromatine, qui vont compacter la région et induire la répression des LINE-1 (Van Meter et al., 2014).

Sur un plan plus général de régulation de la transcription, En1 qui contrôle l’expression de plusieurs gènes impliqués dans le remodelage de la chromatine, pourrait influencer indirectement l’expression des LINE-1, via des modifications de la structure de la chromatine, comme cela a été observé avec la relaxation de l’hétérochromatine et l’augmentation de l’expression des LINE-1 chez la souris En1+/-. Néanmoins, la question de la régulation par En1 de séquences LINE-1 spécifiques sur le génome reste posée. Sur les 3000 LINE-1 actifs chez la souris, ceux qui représentent une menace pour les gènes aux alentours à cause de l’activité de leurs promoteurs sens et anti-sens sont difficiles à identifier. Il n’en demeure pas moins que si En1 régule spécifiquement de telles séquences, pouvoir les identifier et les étudier pourrait grandement améliorer notre compréhension de certains mécanismes responsables de la dégénérescence des neurones dopaminergiques.

Figure 5. Mécanismes de régulation des LINE-1 par En1/2

En1/2 semble réguler l’expression des LINE-1 sur deux niveaux, le premier est une répression indirecte qui touche au remodelage de la chromatine sur de larges régions via l’activité des gènes qu’il régule. Le second mécanisme semble être une interaction directe avec le promoteur de la séquence LINE-1, qui initierait la répression de la zone via un changement en hétérochromatine.

Le potentiel important des LINE-1 dans la genèse d’un phénotype délétère les place parmi les éléments à surveiller lors d’études portant sur l’instabilité génomique. Leur mécanisme de régulation qui implique un contrôle strict de l’état de l’hétérochromatine tend à confirmer ce potentiel. En effet, avec l’âge, les mécanismes liés au maintient de la structure de l’hétérochromatine sont altérés (López-Otín et al., 2013). Cela se traduit au niveau des LINE-1, par une augmentation de leur expression chez la souris âgée (De Cecco et al., 2013; Maxwell et al., 2011), et une répression qui devient plus difficile à mettre en place (Van Meter et al., 2014). L’implication des LINE-1 dans les maladies neurodégénératives devient du coup intéressante à étudier, d’autant plus qu’il est indubitable que l’âge représente le premier facteur de risque pour la plupart de ces maladies.

G. Mécanismes d’action d’En1, à court et à long terme 1. Effets à long terme

Nous avons vu jusqu’ici deux fonctions d’En1 dans les neurones dopaminergiques. Le premier est un rôle de survie dans le modèle de souris En1+/-, qui présente une dégénérescence lente et progressive des neurones dopaminergiques du mésencéphale. Le deuxième concerne sa fonction de répression des rétrotransposons LINE-1. Dans les deux cas, les mécanismes cellulaires impliqués semblent en relation préférentielle avec la structuration de la chromatine et les fonctions de réparation des lésions de l’ADN. Sans exclure que ces deux fonctions font partie d’une seule et même réponse, puisque la réparation de l’ADN nécessite souvent un remodelage de la chromatine. Nous pouvons alors proposer que En1 conditionne le paysage de la chromatine de sorte qu’elle soit capable de résister, ou non, à des insultes d’origine interne ou environnementales, dont le stress oxydatif lent accompagnant le vieillissement (Figure 6).

Il en ressort que chez la souris En1+/-, cette structure chromatinienne n’est plus en place, ou qu’elle est fragilisée à cause de l’hétérozygotie de En1, rendant la cellule vulnérable au stress oxydatif et/ou à l’expression incontrôlé des éléments répétitifs tel les LINE-1. Dans les expériences in vitro de protection contre le H2O2 et déjà introduites plus haut, le prétraitement avec En1, 24h avant l’induction du stress, pourrait rendre les neurones plus résistant au stress induit par l’addition d’H2O2. En1 pourrait aussi avoir un effet permettant de réparer les effets

réversibles du stress. En effet, lors de l’utilisation de la 6-OHDA, les neurones dopaminergiques atteints présentent une altération de plusieurs marqueurs qui signent une atteinte de l’hétérochromatine, la présence de dommages de l’ADN et un stress nucléolaire. L’injection de la protéine En2 (équivalente à En1, je le rappelle) après la 6-OHDA permet de remettre ces marqueurs à leur niveau physiologique, avec des cinétiques différentes qui pourrait correspondre à la vitesse et à la complexité de fonctionnement de chaque processus ainsi qu’à des liens de causalité liant ces différents processus. La réparation de l’ADN est le dernier marqueur à revenir à la normal (il ne faut pas moins de 7 jours pour cela), ce qui pourrait s’expliquer par la complexité de la machinerie de réparation qui doit prendre place pour réparer les dommages (Martin, 2008). En comparaison, la restauration de l’hétérochromatine revient à la normal en moins de 24h. Cette fonction sur le long terme d’En1 implique donc une modification dynamique de l’état de la chromatine qui dépendrait, dans notre modèle, de la dose d’En1 présente dans la cellule.

2. Effets à court terme

L’utilisation du modèle 6-OHDA avait pour but de suivre l’effet d’En1 dans un environnement de stress oxydatif extrême. Chez les souris injectées avec cette molécule, on constate une dégénérescence très rapide par apoptose spécifique des neurones dopaminergique. Les modifications qui accompagnent cette mort sont nombreuses et correspondent à celles observées chez la souris En1+/-, mais avec un degré de gravité très aggravé. Parmi ces modifications déjà mentionnées, on dénote la perte de plusieurs marqueurs de l’hétérochromatine, une augmentation des dommages dans l’ADN, un stress nucléolaire et une augmentation de l’expression des LINE-1 et de certains gènes du cycle cellulaire. Ce modèle représente donc, sur plusieurs aspects, une version forte du modèle En1+/-, et pourrait être utile pour identifier de nouveaux mécanismes d’action d’En1. Cela est effectivement le cas, puisque l’injection d’En2 (d’En1 tout aussi bien) après la 6-OHDA, a permis l’identification de plusieurs gènes qui sont régulés de façon différentielle par En2, et qui ont pour la plupart des fonctions anti-apoptotiques. Le résultat d’abord surprenant, du sauvetage par En2 de la plupart des neurones dopaminergique à 24h (environ 80% vs 35% pour le control), peut aisément se comprendre si l’on considère la chronologie des évènements. Même si l’effet neuroprotecteur d’En2 sur le long terme à permis de restaurer les marques d’une chromatine saine vers 24h, il serait impossible, sans une action

rapide, de sauver ces neurones qui commencent à dégénérer à partir de 6h post-injection. Pour protéger les neurones dopaminergiques, En2 semble induire dès 6h l’expression de gènes anti-apoptotiques, parmi lesquels Gadd45b (Liebermann and Hoffman, 2013) (Figure 6), qui se trouve dans la voie apoptotique c-Jun N-terminal kinase (JNK) dont la phosphorylation est rapidement et efficacement réprimée en présence d’En2.

Figure 6. Mécanismes d’action d’En1/2 dans les neurones dopaminergiques mésencéphaliques

A gauche, l’effet dose-dépendant d’En1/2 à long terme implique une régulation de l’intégrité du génome via le maintien de la structure de la chromatine et la réparation de l’ADN. A droite, dans des conditions de stress extrême, En1/2 semble initier une réponse rapide anti-apoptotique via des gènes anti-apoptotique, et notamment Gadd45b.