La méthylation de l’ADN au niveau des éléments transposables

du TSS du gène conduisant à la répression de son expression (Niederhuth et al., 2016). iv) La classe

des gènes dits CG/CHG, où il y a un enrichissement en méthylation de CHG et une perte de méthylation de type CHH au niveau du corps du gène, avec la présence ou non de méthylation de type CG (FigureI.18D). Les gènes de cette classe sont typiquement exprimés à des niveaux très faibles par rapport aux autres gènes et aux gènes ayant une méthylation gbM chez les angiospermes (Niederhuth

et al., 2016). v) La classe des gènes dits CHH/RdDM présentant un enrichissement en méthylation CHH

accompagné ou non de méthylation CG et ou CHG au niveau du corps du gène (FigureI.18E). Les

gènes ayant une méthylation de ce type sont la plupart du temps réprimés dans l’ensemble de la plante

chez A. thaliana à l’exception du pollen et des graines en développement (Schmitz et al., 2013).

Parmi les 5 classes de méthylation possibles au niveau des gènes, la méthylation du corps des gènes (gbM) est l’une des plus étudiée afin de comprendre les origines et la fonction de ce type de méthylation au sein du génome. En effet, la méthylation gbM mène à l’expression constitutive des gènes contrairement à l’idée originale sur la méthylation de l’ADN selon laquelle celle-ci est associée à la répression de l’expression des gènes. A l’heure actuelle, les mécanismes par lesquels la méthylation

gbM est mise en place restent peu connus. Bewick et al. (2016) ont proposé un modèle pour expliquer

son accumulation. Dans ce modèle, l’histone lysine déméthylase IBM1 (Increased In Bonsai Methylation 1) ne supprime pas la marque histone H3K9me2 conduisant au recrutement de la chromométhylase CMT3 et à la méthylation des sites CHG. La méthylation en CHG provoque le recrutement des histone méthyltransférases SUVH4/5/6 menant à la diméthylation de la lysine 9 de l’histone H3 initiant la boucle de renforcement de la méthylation par CMT3 et la méthylation des sites CG par un mécanisme inconnu. Une fois les sites CG hémiméthylés, la méthyltransférase MET 1 vient maintenir la méthylation sur ces sites puis la méthylation se répand le long du gène. La fonction de la méthylation gbM n’est pas connue. Différentes hypothèses ont été proposées telles que i) un rôle dans

la régulation de l’épissage des gènes et de leur expression (Maunakea et al., 2010 ; Regulski et al.,

2013), ii) le fait de conférer un avantage sous de nouvelles pressions de sélection avec par exemple chez A. thaliana l’existence pour un même gène de plusieurs epiallèles possédant une classe de méthylation

différente entre différentes accessions (Kawakatsu et al., 2016). Bewick & Schmitz (2017) proposent

également que la méthylation gbM puisse être un sous-produit de la méthylation de l’ADN responsable de la répression des éléments transposables et d’autres séquences répétées.

2.4.4.2. La méthylation de l’ADN au niveau des éléments transposables

Les éléments transposables (TE) sont des fragments mobiles de l’ADN qui ont été initialement découverts dans le génome du maïs par McClintock (1951). Ces derniers sont présents dans le génome de la plupart des eucaryotes avec une corrélation nette entre la quantité de TE présents dans le génome

et la taille de ce dernier. Par exemple A. thaliana qui a un petit génome (environ 135 Mb), possède

Figure I.19.Les différents types d’éléments transposables (TE).(A) De nombreux transposons à ADN sont encadrés par des régions terminales inversées (TIR ; flèches noires), encodent une transposase (TPase, cercles violets) et sont mobilisés par un mécanisme de type « couper-coller » (ciseaux). La transposase se fixe sur ou à proximité des TIR, extrait le transposon du génome (zones en gris clair) et le transfert dans une nouvelle région génomique (zones en gris foncé). Le clivage des deux brins au site ciblé entraine un chevauchement entrainant

la duplication d’une zone de 4 à 8 pb (courtes lignes noires autours du TE). (B) et (C) Les rétrotransposons

sont mobilisés par un mécanisme de réplication qui nécessite un ARN intermédiaire. (B) Les

LTR-rétrotransposons contiennent deux longues régions répétées (LTR ; flèches noires) et encode Gag, protéase (PR), transcriptase inverse (RT) et une intégrase (IN). La 5’LTR contient un promoteur qui est reconnu par l’ARN polymérase II de l’hôte et produit l’ARNm du TE (le début de la transcription est représenté par une ligne verticale noire). Dans la première étape, Gag (cercles roses) s’assemble en particules similaires à des virus qui contiennent l’ARNm du TE, RT et IN (cercles violets). La RT duplique l’ARNm du TE en ADN double brin (arc de cercle bleu). Lors de la seconde étape, IN introduit l’ADN dans la région cible. De la même

manière que les TPases des transposons à ADN, l’activité des IN produit des TSD. (C) Les rétrotransposons

non-LTR ne possèdent pas les LTR, la synthèse d’ADNc a lieu directement au site d’insertion de la nouvelle copie : un seul brin d’ADN du site cible est clivé par l’endonucléase de l’élément, l’ARNm y est rattaché, permettant la transcription inverse d’un brin. Le second brin est synthétisé après le retrait de l’ARNm (mécanisme appelé Target-Primed Reverse Transcriptase). D’après Levin et Moran (2011).

21

transposables représentent environ 85 % du génome (Buisine et al., 2008 ; Schnable et al., 2009). Les

TE sont divisés en 2 classes majoritaires (Wicker et al., 2007 ; FigureI.19). Les TE de classe I utilisent un mécanisme de « copier-coller » au travers d’une étape de réverse transcription de leur ARN messager afin de s’intégrer dans un autre endroit du génome. Les transposons de cette classe sont ainsi appelés des rétrotransposons. Les TE de classe II utilisent un système de « couper-coller » afin de s’exciser de leur région d’origine pour s’insérer dans un autre endroit du génome. Les transposons de cette classe sont appelés des transposons à ADN. Les transposons de type hélitrons utilisent un autre mécanisme appelé « cercle de roulement » ou « rolling-circle » où seulement un brin de l’élément transposable est utilisé lors de la transposition dans une autre région chromosomique. La capacité de transposition des éléments transposables leur confère un pouvoir mutateur vis-à-vis du génome. De ce fait l’expression

de ces derniers est très contrôlée via un mécanisme de répression ou « silencing » très efficace. Alors

que les mécanismes de maintien et de renforcement du silencing des éléments transposables sont bien

connus, les raisons pour lesquelles un élément transposable se retrouve réprimé via un état

hétérochromatinien de la région où il se trouve sont peu connues.

Le maintien de la répression de l’expression des TE est dépendant du facteur de remodelage de la chromatine DDM1 qui aide à la méthylation en facilitant l’accès au niveau de la région

hétérochromatique des protéines servant à la méthylation de l’ADN dans les trois contextes (Zemach et

al., 2013). La méthyltransférase MET1 est responsable du maintien de la méthylation dans le contexte

CG et la chromométhylase CMT2 et CMT3 maintiennent la méthylation en contexte CHH et CHG guidée par la marque histone H3K9me2.

Concernant l’initiation du silencing d’un élément transposable deux voies possibles ont été décrites. La première voie dépend de l’existence d’autres copies du TE déjà réprimées au sein du génome et est appelée homology-dependent initiation of silencing. La seconde voie ne dépendant pas de l’existence de copies homologues du TE à réprimer est appelée homology-independent initiation silencing (Fultz et al., 2015).

Dans la voie Homology-dependent initiation of silencing ce sont les siRNA de 24 nucléotides issus de la voie RdDM provenant d’une copie homologue déjà réprimée qui vont cibler le nouvel élément

transposable à silencer menant ainsi à sa méthylation (FigureI.20A). En effet, chez toutes les plantes

où cela a été vérifié, les siRNA de 24 nt produits par la répression d’un élément transposable sont

omniprésents (Nobuta et al., 2007 ; Cho et al., 2008 ; Huang et al., 2013) et servent de senseur

d’homologue afin d'identifier et de permettre la répression d’éléments transposables actifs possédant une séquence similaire. Cependant une question reste en suspens, celle de comprendre comment la Pol V est recrutée au niveau de l’élément transposable actif et quel est le pourcentage d’homologie

Figure I.20. Mécanisme de méthylation des TE. (A) Mécanisme d’initiation du silencing des éléments transposables dépendant de l’homologie. Les TE précédemment silencés et dégénérés sont abondants au niveau des péricentromères du génome des plantes. La Pol IV transcrit ces TE hétérochromatiques et les ARN non codants résultant sont clivés en siARN de 24 nt par l'activité de RDR2 et DCL3. Les siARN de 24-nt peuvent fonctionner comme un capteur d'homologie pour identifier d'autres TE avec des séquences similaires

et initier ou renforcer leur silencing via la marque H3K9me et la méthylation de l'ADN. La méthylation de

l'ADN en CG est représentée en rouge, la CHG en bleu et la CHH en vert, où H = A, T ou C. Adaptée de Fultz et al.(2015). (B) Mécanisme d’initiation du silencing des éléments transposables indépendant de l’homologie. Dans ce schéma, de multiples mécanismes déclenchent une mise en place du silencing post transcriptionnel des TE actifs. Afin d’arriver à cela, les ARNm des TE peuvent être pris en charge par différentes voies non exclusives entraînant une réduction de l’expression du TE ciblé. Ce mécanisme passe par la dégradation des ARN messager du TE actif (TE mRNA) en un nombre abondant de siRNA de 21 et 22 nucléotides primaires

viaun mécanisme ARN interférent endogène à la plante. Ces siRNA sont ensuite pris en charge par AGO, le

complexe allant cibler les TE mRNA conduisant à leur clivage. Certains TE mRNA clivés sont ensuite copiés en double brin d'ARN par RDR6 qui sont par la suite clivés par DCL2 et DCL4 produisant des siRNA

secondaires qui vont participer à la boucle de dégradation des TE mRNA. Adaptée de Fultzet al.(2015).