Autres protéines architecturales 66

L’importance  incontestable  de  CTCF  et  du  complexe  cohésine  dans  l’organisation  spatiale   du   génome   suscite   l’intérêt   de   nombreuses   équipes   de   recherche.   Toutefois,   un   certain   nombre  d’études  démontrent  l’implication  d’autres  facteurs  aux  propriétés  architecturales.   Différentes   espèces   semblent   déployer   des   composants   distincts   afin   d’établir   des  

domaines  chromosomiques.  Chez  la  drosophile,  de  nombreuses  protéines  architecturales   sont   enrichies   au   niveau   de   différents   sous-­ensembles   de   frontières   de   TADs409,410_,  

permettant   ainsi   une   régulation   indépendante   et   dynamique   de   chacun   de   ces   sous-­ ensembles.   Dans   les   cellules   humaines,   l’analyse   de   76   protéines   de   liaison   à   l’ADN   a   identifié,   en   plus   de   CTCF   et   cohésine,   les   facteurs   de   transcription   YY1   (yin   yang   1)   et   ZNF143   (zinc   finger   protein   143)   comme   étant   hautement   enrichis   au   niveau   des   sites   d’ancrage  de  fortes  interactions  chromatiniennes349_{.  De  plus,  une  étude  récente,  effectuée}  

dans   des   cellules   de   souris,   a   identifié   BRD2,   un   membre   d’une   famille   de   protéines   à   bromodomaine  essentielle  à  la  régulation  transcriptionnelle,  comme  un  facteur  coopérant   avec  CTCF  pour  établir  des  frontières  transcriptionnelles  et  architecturales  (Figure  1.23.A).   En  effet,  les  auteurs  montrent  que  BRD2  colocalise  avec  CTCF  à  l’échelle  du  génome,  où   son   recrutement   dépend   de   CTCF.   Ils   décrivent   également   que  la   perturbation   d’un   élément  occupé  par  CTCF  et  BRD2  conduit  à  une  activité  enhancer  inappropriée  et  que  la   déplétion   de   BRD2   altère   globalement   l’intégrité   des   frontières   occupées   par   ces   deux   facteurs479.  Un  certain  nombre  de  protéines  présentent  donc  des  propriétés  architecturales   en  plus  de  leurs  fonctions  dans  d’autres  processus  biologiques.    

Comme   nous   l’avons   vu   précédemment,   il   a   été   montré   que   le   complexe   Médiateur,   en   plus   de   son   rôle   essentiel   dans   la   régulation   de   la   transcription   par   l’ARN   Pol   II   et   en   association   avec   NIPBL   et   cohésine,   est   capable   de   faire   le   pont   entre   des   enhancers   distaux   et   leurs   promoteurs   cibles432   _{(Figure   1.23.B).   Il   est   important   de   noter   que   la}  

déplétion   de   sous-­unités   de   Médiateur   induit   une   diminution   de   la   force   de   formation   de   boucles   chromatiniennes432,480–482_{,   suggérant   que   le   complexe   est   nécessaire   pour   au}  

moins  un  sous-­groupe  d’interactions.    

Un  autre  facteur  aux  fonctions  multiples  est  la  protéine  NIPBL.  Comme  mentionné  dans  la   sous-­partie   précédente,   il   a   été   proposé   que   NIPBL   forme   un   hétérodimère   avec   la   protéine  MAU2  afin  de  "charger"  la  cohésine  sur  les  chromosomes483–486_{.  NIPBL  est  une}  

protéine   de   grande   taille,   hautement   conservée   au   cours   de   l’évolution,   dont   l’haploinsuffisance   chez   les   humains   cause   le   syndrome   de   Cornelia   de   Lange   (CdLS,   discuté   dans   la   partie   1.3.3.3)487,488_{.   La   protéine   NIPBL   ne   possède   pas   d’activité}  

catalytique   et   contient   cinq   répétitions   de   motifs   de   type   HEAT   (huntingtin-­elongation-­A   subunit-­TOR)   qui   sont   impliquées   dans   des   interactions   protéine-­protéine489–491   (Figure   1.23.C).  NIPBL  ainsi  que  ses  homologues  fonctionnels  ont  été  caractérisés  dans  différents   modèle  eucaryotes483,484,490,492–498  et  ces  études  ont  démontré  que  NIPBL  est  nécessaire  à  

chromosomes.   NIPBL   joue   également   un   rôle   dans   les   voies   de   réparation   par   recombinaison   homologue499–501   _{et   par   jonction   d’extrémités   non   homologues}502_{,   dans   la}  

réplication490,503_{,   ainsi   que   dans   la   biogenèse   et   la   maturation   des   ARNs}504,505_{.   Il   reste}  

encore  à  déterminer  de  quelle  manière  l’ensemble  des  fonctions  associées  à  NIPBL  sont   dépendantes   ou   non   de   la   cohésine,   bien   que   certains   travaux   aient   déjà   suggéré   des   rôles  indépendants505–507_.    

Figure  1.23:  BRD2,  Médiateur  et  NIPBL  sont  des  protéines  architecturales.479,508,509  

A.   BRD2   coopère   avec   CTCF   pour   former   des   frontières   dans   le   génome.   B.   NIPBL,  

Médiateur   et   cohésine   stabilisent   des   boucles   chromatiniennes   rapprochant   des   enhancers   de   leurs   promoteurs   cibles.   C.   Structure   primaire   de   l’isoforme   longue   de   NIPBL  chez  l’homme.  

D’un   intérêt   particulier   dans   le   contexte   du   repliement   3D   du   génome,   plusieurs   études   pointent   vers   un   rôle   de   NIPBL   dans   l’organisation   de   la   chromatine   et   de   structures   nucléaires  à  grande  échelle.  L’identification  d’une  interaction  physique  entre  NIPBL  et  les   protéines  HP1  α  et  γ,  d’importants  composants  de  l’hétérochromatine,  ainsi  que  d’un  lien   fonctionnel   entre   NIPBL   et   un   autre   complexe   SMC,   la   condensine,   impliqué   dans   la   compaction  des  chromosomes,  suggère  un  rôle  potentiel  de  NIPBL  dans  la  condensation   de   la   chromatine510–512_{.   Des   études   aux   résultats   en   apparence   contradictoires   font   état}  

d’un   rôle   de   NIPBL   à   la   fois   dans   la   compaction   et   dans   le   relâchement   de   la   structure   chromatinienne.   D’une   part,   une   décompaction   localisée   de   la   chromatine,   en   particulier  

en   NIPBL507_{.   En   accord   avec   cette   observation,   une   décondensation   de   la   chromatine   a}  

été  identifiée  chez  la  levure  suite  à  une  mutation  dans  l’homologue  de  NIPBL513_{.  De  plus,}  

un   crible   double   hybride   a   permis   de   révéler   l’association   de   NIPBL   avec   les   histones   déacétylases   1   et   3   (HDAC   1   et   3)   dans   des   cellules   humaines508,   des   activités   enzymatiques  connues  pour  favoriser  la  condensation  de  la  chromatine514_{.  D’autre  part,  et}  

de  manière  opposée  aux  observations  précédentes,  des  travaux  effectués  chez  la  levure   ont  montré  que  NIPBL  est  recruté  par  le  complexe  de  remodelage  de  la  chromatine  RSC  à   des  régions  déplétées  en  nucléosomes.  Au  niveau  de  ces  loci,  NIPBL  aide  à  maintenir  ces   régions  ouvertes  de  la  chromatine515_{.  Enfin,  l’état  de  phosphorylation  de  NIPBL  régule  son}  

rôle   dans   la   condensation516_{.   L’ensemble   de   ces   résultats   suggère   que   les   fonctions   de}  

NIPBL   dans   la   régulation   de   la   compaction   de   la   chromatine   sont   dépendantes   du   contexte  génomique.    

NIPBL   a   également   été   impliqué   dans   le   contrôle   d’interactions   chromatiniennes   sur   de   grandes   distances   génomiques.   Chez   la   drosophile,   l’homologue   de   NIPBL   a   été   découvert   dans   un   crible   génétique   ciblant   des   facteurs   facilitant   l’activation