PCAF et GCN5 : généralités

Les premières histones acétyl-transférases (HAT), HAT A chez tetrahymena et Gcn5 chez la levure, ont été évoquées il y a moins de 20 ans par Allis et ses collègues (Brownell et al., 1996).

Les HAT sont classées en fonction de leur localisation cellulaire, elles sont divisés en nucléaires (type A) et cytoplasmiques (type B) (Garcea and Alberts, 1980). Alors que les HAT cytoplasmiques sont très peu connues, plusieurs HAT nucléaires ont été identifiées et divisées en trois grandes familles par homologie de leur structure primaire: la famille MYST, qui comprend MOZ, YBF2 / SAS3, SAS2 TIP60 et autres protéines (Sapountzi and Côté, 2011); la famille P300/CBP qui est formée de P300 et de CBP (Ogryzko et al., 1996), et la famille GNAT (Gcn5 related N-acetyltransferase) représentée principalement par GCN5 (General Control Nonderepressible et PCAF (p300/CBP-Associated Factor) (Neuwald and Landsman, 1997, Vetting et al., 2005). Bien que d'autres familles de HAT nucléaires aient été identifiées, elles n'ont pas fait l'objet d'études approfondies. Ceci montre que malgré des efforts significatifs, le domaine des HAT n'est toujours pas complètement exploré. Dans cette thèse, on s‟intéresse aux

Figure 21: La régulation de l’expression des gènes en changeant la conformation de la chromatine par des enzymes modifiant les histones. L'addition du groupe acétyle sur les résidus de

lysine par les HAT, réduit l'affinité entre les histones et l'ADN, libérant ainsi la chromatine (euchromatine) et activant des facteurs de transcription. En revanche, la désacétylation mediée par les HDAC conduit à un état plus compact de la chromatine (hétérochromatine) et donc à la répression de l'expression des gènes.(van den Bosch et al., 2016)

83 HAT PCAF et GCN5 qui généralement jouent un rôle majeur dans la régulation de la transcription de plusieurs gènes. Etant capables d‟acétyler des résidus lysine sur des protéines non-histones telles que HMG17, HMGI(Y), MyoD, p53 ET c-Myb, ces HAT PCAF et GCN5 sont qualifiées de lysine (K) acétyl-transférases (KAT) (Imhof et al., 1997).

Le gène gcn5 (ou Kat2a situé en q21 sur le chromosome 17) code pour la protéine qui s‟avère fortement conservée au cours de l‟évolution, et cela des protozoaires à la levure jusqu‟à l‟homme. Toutefois, il est intéressant de noter que chez les métazoaires GCN5 dispose d‟une partie N-terminale en plus et qui est absente chez la levure et les protozoaires (Figure 21) (Nagy and Tora, 2007). En recherchant des homologues à la protéine Gcn5 de levure, deux gènes paralogues ont été découverts chez les vertébrés : GCN5 et PCAF. Le gène pcaf ou Kat2b situé en p24 sur le chromosome 3, code pour une protéine qui interagit avec p300/CBP, d‟où son nom PCAF pour P300/CBP Associated Factor.

GCN5 et PCAF présentent 73 % d‟identité ainsi que la même organisation structurale (Figure 21). De même, la structure de leurs domaines est aussi très conservée (Nagy and Tora,

Figure 21 : Structure des protéines GCN5 et PCAF.

Représentation schématique et organisation des différents domaines de PCAF et GCN5 chez l‟homme, la drosophile et la levure. Le pourcentage d‟homologie entre les deux protéines est représenté à droite. PCAF HD= PCAF homology domain, AT= acetyl transferase et E3= Ubiquitin E3 ligase domain (inspiré de Nagy and Tora, 2007)

84 2007). La région C terminale contient un domaine catalytique acétyl-transférase (AT) et un bromodomaine permettant la liaison aux lysines acétylées afin de promouvoir l‟activité HAT de PCAF et GCN5 (Figure 19). Une région N-terminale contenant un domaine d‟homologie PCAF (PCAF-HD : PCAF homology domain) qui n‟est pas présent dans la protéine Gcn5 de levure. PCAF possède un domaine d‟ubiquitine E3 ligase fonctionnel au sein du domaine PCAF-HD, lui conférant une activité d‟ubiquitine ligase supplémentaire à celle de HAT (Linares et al., 2007). En effet, par son domaine E3 ligase, PCAF joue un rôle par exemple dans la voie de régulation de p53. Ainsi, elle peut activer p53 en l‟acétylant et, en parallèle, ubiquitiner Hmd2, un régulateur négatif de p53, qui sera dégradée empêchant ainsi la destruction de p53.

GCN5 et PCAF partagent des activités partiellement redondantes, toutefois elles montrent également des fonctions spécifiques. En effet, leur absence chez la souris n‟induit pas les mêmes phénotypes. Les cellules déficientes en GCN5 sont létales et les embryons meurent au stade E10.5 tandis ce que les souris mutantes PCAF-/- sont viables et se développent normalement (Xu et al., 2000). D‟autre part, il a été montré que ces deux protéines acétylent préférentiellement les histones 3 en particulier la lysine 14, avec GCN5 ayant la capacité d‟acétyler en plus les lysines K8 et K16 de l‟histone H4 (Kuo et al., 1996, Schiltz et al., 1999). En se basant sur une technique avancée de spectrométrie de masse, Kuo et ses collaborateurs ont trouvé que Gcn5 acétyle six lysines sur l‟histone 3 avec l'efficacité suivante: Lys-14> Lys- 9> Lys-23> Lys-18 > Lys-27 ≈ Lys-36 (Kuo and Andrews, 2013).

Il est également intéressant de noter que GCN5 et PCAF sont toutes les deux exprimées dans la majorité des tissus humains et sont très abondantes dans les muscles squelettiques. Bien que GCN5 soit prédominante dans le pancréas, PCAF se trouve fortement exprimée dans le cœur (Yang et al., 1996).

Chez les mammifères il existe deux complexes : ATAC et SAGA (aussi nommés STAGA ou TFTC), qui chacun possède une activité HAT portée par GCN5 ou PCAF (Wang et al., 2008, Spedale et al., 2012). ATAC a émergé plus tard au cours de l'évolution de SAGA et il est présent exclusivement chez les eucaryotes multicellulaires (Figure 22A). Jusqu‟à nos jours le complexe ATAC est moins caractérisé que le complexe SAGA. Bien que les deux complexes partagent plusieurs composants catalytiques surtout du module HAT, ils possèdent des sous-

85 unités spécifiques représentées dans la figure 22 B. En résumé, le complexe SAGA se distingue par son module de deubiquitination (DUB) formé des protéines USP22, ATXN7L3, ATXN7 et ENY2, son module TAF (TATA-binding-protein-Associated Factor) contenant des protéines liées au facteur de transcription ainsi que son module SPT caractérisé surtout par la protéine TRRAP (Transformation/transcription domain-associated protein) et d‟autres protéines associées. D‟autre part, ATAC dispose de deux sous-unités à activité HAT, Gcn5 / Pcaf et Atac2, il comporte la sous-unité Ada2a au lieu d'Ada2b et d‟autres composants absents dans le complexe SAGA (Spedale et al., 2012, Wang and Dent, 2014).

Figure 22 : Représentation schématique des complexes SAGA et ATAC

A. Divergence et multiplication du complexe SAGA durant l‟évolution, l'incorporation des sous-unités Ada2a ou Ada2b détermine s‟il s‟agit du complexe ATAC ou SAGA, respectivement. B. Illustration des complexes SAGA et ATAC contenant chacun la sous-unité Gcn5, et de leurs fonctions chez les mammifères. Contrairement à SAGA, les interactions physiques entre les sous-unités d‟ATAC sont moins bien définies (adapté de Spedale et al., 2012, Wang and Dent, 2014).

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