Méthylation

Fréquemment, ces deux mécanismes de régulation des gènes sont accomplis par modification post-traductionnelle spécifique des protéines impliquées dans la régulation transcriptionnelle. Ces modifications altèrent la fonction des protéines de manière spécifique. Le rôle de la phosphorylation dans la régulation transcriptionnelle a été largement étudié, mais récemment, l'importance des autres types de modifications des protéines, y compris l'acétylation et la méthylation, ont commencé à être reconnu. La méthylation des protéines est l'une des modifications protéiques les plus souvent rencontrées. Par exemple, environ 2 % des résidus arginine ont été trouvés diméthylés dans des extraits de protéines totales à partir des cellules de foie de rat [190].

3.1.1.1. La famille des Arginine méthyltransférases

La méthylation de l'arginine a d'abord été décrite comme une modification post-traductionnelle des histones à la fin des années 1960 [191, 192]. Mais des enzymes responsables et la grande variété de substrats de cette modification ont été identifiés plus récemment. Les interactions d'une protéine méthylée avec ses partenaires peuvent donc être affectées par cette modification et avoir un impact sur les fonctions physiologiques de la protéine. Les substrats de la protéine arginine méthyltransférase (PRMT) comportent des facteurs de transcription, des facteurs liaison aux acides nucléiques, des transducteurs du signal, des facteurs d'épissage et les histones. Du fait du nombre important de substrats, les PRMTs via leur réaction de méthylation de l’arginine régulent divers processus cellulaires, y compris la différentiation, la réparation de l'ADN, la maturation de l'ARN, la transduction du signal, la localisation cellulaire et l'apoptose [193].

Il existe 11 membres de la famille de PRMT. Chez l’homme, 8 ont montré une activité enzymatique bien établie. La famille PRMT peut être divisée en deux groupes majeurs : les enzymes de type I : PRMT1, -2, -3, -4, -6 et -8, elles catalysent l’addition de 2 groupements méthyle sur le même groupe azote terminal de l’arginine, générant l’Asymétrique dimétyl arginine (ADMA) [194]. Inversement, les enzymes de type II : PRMT5, -7 et -9 et la protéine F-box (FBXO) transfèrent le second groupement méthyle vers l’autre azote terminal, générant la Symétrique diméthyl arginine (SDMA). La diméthylation de l’arginine par les deux types d’enzymes passe par la génération d’un intermédiaire monométhyl arginine [195]. Certains substrats ne sont monométhylés que par PRMT7, qui est classé dans le type III. Les queues des histones sont une cible privilégiée de cette famille d'enzymes (Figure 25) [196].

Figure 25. La famille des protéines arginine méthyltransférase, (D’après BedfordT, et al. Mol Cell

2009), La famille des PRMTs de mammifères contient actuellement neuf membres : hPRMT1 (AAF62893), hPRMT2 (AAH00727), hPRMT3 (AAC39837), hCARM1 (NP_954592), hPRMT5 (AAF04502), hPRMT6 (Q96LA8), hPRMT7 (NP_061896), mPRMT8 (DAA01382), hPRMT9 (AAH64403), and mFBXO11 (AAI28480).[194]

Les Type I et Type II de ces enzymes catalysent la formation d'un intermédiaire monométhylarginine puis les PRMTs de type I (PRMT1, 2, 3, 4, 6 et 8) catalysent davantage la production de l'ADMA, tandis que les PRMTs de type II (PRMT5 et 7) catalysent la formation de SDMA (Figure 26). Certains substrats ne sont monométhylés que par PRMT7. La queue d'histone est une cible privilégiée pour cette famille d'enzymes (Figure 26) [196].

Figure 26. Types et des sites de méthylation d’arginine dans les queues des histones. (D’aprèsDi Lorenzo, 2010) (A) des résidus arginine dans les queues des histones peut être

monométhylarginines, asymétrique diméthylarginines (ADMA), et symétrique

diméthylarginines (SDMA). (B) Les sites connus d’arginine diméthylée de l'histone H3, H4, H2A. La couleur rouge indique l'activité transcriptionnelle du répresseur transcriptionnel et la vert représente l'activité de l'activateur.[196]

PRMT1 est la première protéine arginine méthyl transférase identifiée chez les mammifères, et elle est également responsable de la majeure partie de l'activité des PRMTs (environ 85 %). L'ARNm de PRMT1se trouve dans tous les tissus embryonnaires et adultes, montrant ainsi l'importance de cette enzyme sur les fonctions cellulaires. Le gène PRMT1est composé de 12 exons codants, lesquels sont rassemblés pour former sept isoformes différentes [197]. Ces isoformes varient dans leur domaine N-terminal. Ces différentes isoformes peuvent servir à modifier l'activité de PRMT1 dans différents tissus, mécanisme fondamental pour la modulation de l'activité PRMT1. PRMT1 est une enzyme impliquée dans plusieurs fonctions comme la transcription des gènes, la réparation de l’ADN et dans certaines voies de signalisation.

La méthylation par PRMT1 se produit principalement dans les motifs riches en glycine et arginine (GAR) [196, 197]. La structure tridimensionnelle de PRMT1 révèle qu'elle est active en tant qu’homodimère. PRMT1 méthyle l'histone H4 sur l'arginine3 (générant la marque

H4R3me2a). En tant que coactivateur transcriptionnel, PRMT1 est recruté par un certain nombre de facteurs de transcription différents [198]. L'activité de PRMT1 peut être régulée de différentes façons. PRMT1 est présent aussi bien dans le cytoplasme que dans le noyau, et possède une grande mobilité entre ces compartiments. Sa localisation peut être régulée en partie par des protéines qui lui sont associées, comme pregnane X receptor (PXR) qui peut modifier la localisation de PRMT1, favorisant son accumulation dans le noyau. L’activité de PRMT1 est également stimulée par la liaison à d'autres protéines, telles que BTG1 (B-cell translocation gene 1), TIS2/BTG2 et hCAF1 (CCR4-associated factor 1) [199, 200].

3.1.1.2. Les substrats de PRMT1

La méthylation de l'arginine a été impliquée dans la régulation de nombreux processus cellulaires, y compris la transduction du signal, la localisation subcellulaire des protéines, les interactions protéine-protéine, et la régulation transcriptionnelle. En effet, PRMT1 a un ensemble diversifié de substrats dans la cellule. En particulier, les histones qui sont les principales cibles des PRMTs, dont la méthylation joue un rôle important dans les modifications des histones. PRMT1 diméthyle spécifiquement l'histone H4 sur l'arginine 3. (H4R3) [201].

Les enzymes PRMT possèdent également comme substrat de nombreuses protéines liant l’ARN comme par exemple PGC-1α. Ces substrats sont méthylés sur leurs résidus arginine en d’autre par PRMT1 ou CARM1, une enzyme faisant partie de la famille des PRMTs (PRMT4). Les données indiquent que la méthylation de PGC-1α par PRMT1sur ces deux ou trois résidus Arg se situe dans une séquence RERQR, localisée dans la région C-terminal. Cette réaction de méthylation joue un rôle essentiel dans la fonction de coactivateur de PGC-1α et de sa capacité à fonctionner en synergie avec PRMT1. La méthylation de PGC-1α par PRMT1 peut être régulée. Ainsi PGC-1α dans le rôle de coactivateur à deux composantes, l'une indépendante de PRMT1 et une dépendante de PRMT1. Le domaine d'activation N-terminal semble être important pour ces deux activités, mais les mécanismes spécifiques qui interviennent en aval de ces deux composantes de l'activité de PGC-1α restent à définir [202].