2. Perspectives
2.1. Paramètres pouvant contrôler la dynamique des histones en réponse aux dommages de
2.1.1. Type de dommages de l’ADN et de voies de réparation
Tout d’abord, la détection et réparation efficaces des lésions de l’ADN ne nécessitent vraisemblablement pas le même degré de désorganisation de la chromatine en fonction de la nature des lésions et de leur localisation dans le génome (Figure 24). En effet, si nous prenons l’exemple des dommages générés par les rayons UVC, les dimères de pyrimidine de type 6-4PP sont facilement reconnus par la machinerie de réparation car ils entraînent une distorsion importante de la structure de l’ADN (Kim et al., 1995) et sont de plus majoritairement situés au niveau de l’ADN lien (Mitchell et al., 1990). Par contre, les CPD présents au sein de particules nucléosomales dans les régions compactes de chromatine (Gale and Smerdon, 1988), doivent être exposés afin d’être détectés, vraisemblablement par ouverture de la chromatine et/ou déstabilisation des nucléosomes endommagés.
En outre, différents niveaux de réorganisation de la chromatine pourraient être mis en jeu en fonction de la voie utilisée par les cellules pour réparer leur ADN lésé (Figure 24). La réparation des cassures double brin de l’ADN constitue un exemple typique de ces différences. Lors de la réparation des cassures par jonction directe des extrémités endommagées (EJ), seules les histones situées en périphérie de la particule cœur du nucléosome, les histones H2A et H2B, sont « déplacées » des sites de cassures (Goldstein et al., 2013). A l’opposé, la réparation de ces mêmes cassures par recombinaison homologue (HR), qui requiert la formation d’une longue molécule d’ADN simple brin, est associée à une perte de toutes les histones formant le cœur du nucléosome (Goldstein et al., 2013). De plus, dans ce contexte de réparation par recombinaison homologue, une étude récente suggère que non seulement la région d’ADN portant la cassure doit être réorganisée mais aussi la région homologue, afin de favoriser la réparation (Courilleau et al., 2012). Il serait donc intéressant
Perspectives: Paramètres contrôlant la dynamique des histones en réponse aux dommages
d’effectuer des analyses détaillées et comparatives de la dynamique des histones en réponse à différents agents génotoxiques, afin de préciser l’impact de divers types de dommages de l’ADN sur le niveau de désorganisation de la chromatine. Une étude approfondie de la plasticité de la chromatine en réponse aux lésions de l’ADN programmées par les cellules, par exemple au cours de la méiose et de l’établissement du répertoire immunitaire des lymphocytes, est également nécessaire car nos connaissances dans ce domaine sont actuellement limitées (Aida et al., 2013; Bevington and Boyes, 2013; Brachet et al., 2012).
Figure 24 : Couplage entre les fonctions cellulaires et la dynamique des histones dans la chromatine endommagée. La mise en place d’histones porteuses de nouvelles informations (vertes) en lieu et place des histones parentales (rouges) en réponse aux dommages de l’ADN modifie, au moins transitoirement, la structure et la fonction de la chromatine lésée. De futures recherches devraient permettre de préciser : (1) quelle est l’importance fonctionnelle de cette dynamique pour la régulation des activités de transcription et de réparation de l’ADN ? (2) quel est l’impact de cette dynamique sur le maintien de l’identité cellulaire en situation normale (en particulier sur le pouvoir de prolifération et de différenciation des cellules) et en situation pathologique ? (3) comment l’organisation initiale de la chromatine, en fonction de la nature du dommage induit et du type cellulaire endommagé, contrôle la dynamique des histones après stress génotoxique ? Figure adaptée de l’Annexe 4.
DYNAMIQUE DES HISTONES
IDENTITE CELLULAIRE
& DE VOIES DE REPARATION
Cellules pluripotentes Cellules différenciées Cellules tumorales G1 S G2 M exit PROGRESSION DANS LE CYCLE CELLULAIRE ORGANISATION & ETAT TRANSCRIPTIONNEL DE LA CHROMATINE ON OFF ? ? ? ? ? ? ? ?
Perspectives: Paramètres contrôlant la dynamique des histones en réponse aux dommages
2.1.2. Cycle cellulaire
Le cycle cellulaire constitue un autre paramètre susceptible de contrôler la dynamique des histones en réponse aux dommages de l’ADN (Figure 24). En effet, certaines phases du cycle cellulaire sont associées à des voies spécifiques de réparation, comme c’est le cas pour la réparation des cassures double brin de l’ADN par EJ/HR. Mais chacune des phases du cycle cellulaire est aussi caractérisée par une disponibilité et/ou une abondance différentielle des protéines histones et de leurs partenaires. Par exemple, dans les cellules non prolifératives, ayant réduit de manière conséquente la production de variants d’histones réplicatifs (Wu et al., 1982), les réarrangements de la chromatine induits par les dommages de l’ADN sont-ils différents de ceux engendrés dans les cellules en prolifération ? La chromatine est-elle désorganisée de la même manière dans les cellules en interphase ou en mitose, ces dernières étant caractérisées par une compaction massive de leur chromatine ? La dynamique des histones est-elle différente dans des cellules endommagées quand leur chromatine est en cours de réplication ? La plupart des études actuelles, y compris celles que j’ai développées, utilisent des lignées cellulaires non synchronisées afin d’examiner la plasticité de la chromatine en réponse aux lésions de l’ADN. Il serait donc intéressant de comparer cette dynamique avec celle des cellules non prolifératives comme les cellules en quiescence, ainsi que celle de cellules synchronisées à différents stades du cycle cellulaire. Ces recherches devraient permettre de mieux comprendre l’impact du cycle sur les réarrangements de la chromatine après stress génotoxique.
2.1.3. Organisation et état transcriptionnel de la chromatine
La compaction et l’état transcriptionnel de la chromatine ont aussi, sans aucun doute, une influence sur la plasticité de la chromatine induite par les dommages de l’ADN (Figure 24). D’une part, l’hétérochromatine, structure très compacte et peu transcrite du génome, généralement considérée comme une barrière empêchant une détection et une réparation efficace des lésions (cf. revues (Lemaître and Soutoglou, 2014; Soria et al., 2012)), pourrait être décompactée afin de lever cette barrière. Par contre, les régions d’euchromatine activement transcrites du génome, pourraient être compactées (cf. introduction partie 3.4.1), afin d’arrêter l’activité transcriptionnelle et empêcher toute interférence entre les machineries de réparation et de transcription de l’ADN (cf. revue (Svejstrup, 2010)). Afin de confirmer ou d’infirmer ces hypothèses, il serait judicieux d’examiner la dynamique de la chromatine après stress génotoxique, dans des cellules où des domaines d’euchromatine et d’hétérochromatine sont facilement reconnaissables, par exemple dans des cellules femelles humaines où le chromosome X inactif est une région cytologiquement identifiable d’hétérochromatine, qu’on peut envisager d’endommager spécifiquement par micro-irradiation laser.
Perspectives: Paramètres contrôlant la dynamique des histones en réponse aux dommages
2.1.4. Type cellulaire et état de différentiation
La dynamique de la chromatine diffère également en fonction du type cellulaire, comme l’illustre l’exemple des cellules pluripotentes, caractérisées par une plasticité accrue de leur architecture chromatinienne par rapport aux cellules différenciées (cf. revue (Burton and Torres-Padilla, 2014)). Cette caractéristique pourrait donc influencer façon dont la chromatine est réarrangée après dommages de l’ADN (Figure 24). Il serait donc intéressant d’examiner ces réarrangements non seulement dans des cellules individuelles mais aussi à l’échelle de l’organisme, à différentes étapes de son développement. Ces études devraient ainsi permettre de mieux comprendre comment l’identité de chaque cellule est préservée en réponse à un stress génotoxique, nos connaissances dans le domaine étant encore actuellement limitées.
Perspectives: Dynamique des histones & maintien de l’information épigénétique