MacroH2A et la répression de la transcription

La présence de la région non histone de macroH2A à proximité du promoteur d'un gène

rapporteur conduit à une répression de son expression (Perche, Vourc'h et al. 2000). Cette

première donnée, associée à la localisation préférentielle de macroH2A sur le chromosome X

inactif, suggère que ce variant serait associé à un état répressif de la transcription.

a) Le nucléosome macroH2A reconstitué in vitro

Plusieurs expériences de reconstitution de nucléosomes in vitro ont permis d’étudier le

nucléosome variant contenant macroH2A.

Vraisemblablement, macroH2A forme préférentiellement des nucléosomes hybrides

contenant une protéine H2A et une macroH2A (Chakravarthy and Luger 2006).

L’incorporation de macroH2A dans un octamère d’histone conduit à la formation d’un

nucléosome présentant des altérations structurales à la proximité de l’axe de la dyade : ces

altérations interfèrent avec la liaison de facteurs de transcription tel que NF-kB sur sa

séquence cible. De plus, la présence de macroH2A dans le nucléosome empêche le glissement

de l’octamère sur l’ADN par les facteurs de remodelage SWI/SNF et ACF. Elle inhibe

également le remodelage par ces mêmes facteurs, bien que ni leur liaison au nucléosome ni

leur activité ATPase ne soient modifiées (Angelov, Molla et al. 2003).

Au cours de ma thèse, j’ai pu participer à deux études supplémentaires concernant le

nucléosome macroH2A : des essais de transcription et d’acétylation in vitro nous ont permis

de démontrer que la présence de macroH2A dans la particule nucléosomale réprime la

transcription par l’ARN polymérase II dépendante de p300 et Gal4-VP16. Cet effet répressif

est observable lors de l’étape d’initiation mais pas lors de l’élongation de la transcription. De

plus, le variant macroH2A inhibe l’acétylation des histones par p300. C’est la région non

histone qui est responsable à la fois de la répression de la transcription et de l’acétylation des

histones.

Grâce à la protéine de fusion H2A-NHR, nous avons montré que le domaine macro peut

bloquer le remodelage de nucléosomes et le glissement d’octamères d’histones par les

facteurs de remodelage ACF et SWI/SNF (Doyen, An et al. 2006)/ annexe 1.

L’autre étude porte sur la nucléoline, qui est une protéine majeure du nucléole impliquée dans

plusieurs aspects de la biosynthèse des ribosomes et dans la régulation de l’expression des

gènes. Nous avons pu montrer que la nucléoline est capable d’augmenter considérablement

l’efficacité du remodelage par ACF et SWISNF. Les nucléosomes macroH2A peuvent, en

présence de nucléoline, être remodelés par ACF et SWISNF, alors que ce n’est pas le cas des

nucléosomes contenant le variant H2ABbd. Enfin, cette protéine peut être considérée comme

un nouveau chaperon d’histone, puisqu’elle est capable de réaliser le transfert d’un dimère

H2A/H2B sur un tétramère H3/H4 (Angelov, Bondarenko et al. 2006)/ annexe 2.

Toutes ces données réunies montrent que le variant macroH2A est un répresseur

transcriptionnel in vitro. Il agit sur deux phénomènes d’activation de la transcription :

l’acétylation des histones et le remodelage des nucléosomes.

b) Les données obtenues in vivo

Un certain nombre d’études récentes confirment que macroH2A joue également un rôle

répressif sur la transcription in vivo.

Tout d’abord, la région non histone de macroH2A interagit avec HDAC1 et HDAC2. De

plus, une immunoprécipitation de chromatine met en évidence que la présence du variant

coïncide avec un état hypoacétylé de H3. La partie non histone de macroH2A pourrait jouer

un rôle vital dans la formation d’hétérochromatine par le recrutement des HDAC de classe I

(Chakravarthy, Gundimella et al. 2005).

En hiver, environ 3400 gènes sont affectés par le froid chez la carpe Cyprinus carpio,

principalement les gènes ribosomiques. Notre équipe a participé à une étude concernant ce

processus d’acclimatation dans l’habitat naturel de ces animaux : nous avons pu montrer

qu’en hiver, le taux d’ARN messager et de protéines macroH2A sont significativement

augmentés, et associés à une hyperméthylation des îlots CpG. MacroH2A pourrait jouer un

rôle majeur dans la réorganisation de la chromatine et la régulation de l’expression des gènes

pendant le processus physiologique d’adaptation climatique (Pinto, Ivaldi et al. 2005)/ annexe

3.

Un petit nombre de gènes directement régulés par macroH2A commencent à être identifiés :

le gène de l’interleukine 8 (IL8) est normalement activé en réponse à un virus ou à un stress,

de façon restreinte à certains types cellulaires. Cette transcription cellule-spécifique dépend de

l’architecture chromatinienne de l’« enhancer » du gène : dans les cellules épithéliales, cette

zone ne contient pas de nucléosomes et il y a expression de IL8 en réponse au signal. Par

contre, dans les cellules B, un nucléosome porteur de macroH2A et positionné au niveau de

l’« enhancer », empêche la transcription de IL8. Les facteurs de transcription ne peuvent se

fixer, et le remodelage par SWI/SNF de ce nucléosome est impossible (Agelopoulos and

Thanos 2006).

Les expériences sur le foie des souris knock-out ont permis d’identifier cinq gènes

significativement activés par l’absence de macroH2A. Quatre d’entre eux sont directement

impliqués dans le métabolisme des acides gras (Lpl, Scd2, Thrsp, et CD36). Cette activation

n’apparait que chez les jeunes adultes. Or, on retrouve moins de macroH2A dans le foie des

nouveaux-nès que par la suite, ce qui semble indiquer que l’augmentation de macroH2A chez

les jeunes adultes permet la répression transcriptionnelle de ces gènes cibles (Changolkar,

Costanzi et al. 2007).

Enfin, on peut noter que macroH2A semble impliquée dans le mécanisme de sénescence :

l’état sénescent est un arrêt irréversible du cycle cellulaire associé à des modifications

morphologiques et fonctionnelles de la cellule (pour revue :(Gire 2005)). Elle est causée par le

raccourcissement des télomères (sénescence réplicative) ou par l’exposition aiguë ou

chronique à d’autres signaux de stress (stasis). Dans les cellules sénescentes, la chromatine

change et forme des foyers d’hétérochromatine facultative, les SAHF (Senescence-Associated

Heterochromatin Foci). Ces SAHF contiennent des gènes requis pour la prolifération et

permettent la sortie du cycle cellulaire. MacroH2A serait un composant de ces foyers, et sa

présence serait initiée par le complexe de chaperonnes HIRA/ASF1 (Zhang, Poustovoitov et

al. 2005; Zhang, Liu et al. 2007). Son rôle précis reste néanmoins à définir.