Les protéines de la famille SWI/SNF 79 

La protéine Brahma (BRM) est la seule ATPase de type SWI2/SNF2 chez la drosophile. Cette protéine est nécessaire à la viabilité (Elfring et al., 1998). BRM appartient à deux complexes distincts : BAP et PBAP. Ces complexes partagent sept sous-unités dont BRM. Ils diffèrent dans la présence de trois sous-unités: BAP contient OSA, tandis que PBAP contient Polybromo et BAP170. La protéine BRM a été identifiée comme un membre du groupe Trithorax, c’est-à-dire qu’elle est nécessaire pour le maintien de l’expression des  gènes homéotiques au cours du développement. Cependant BRM pourrait jouer un rôle plus général dans l’activation des gènes car cette protéine colocalise avec l’ARN polymérase II au  niveau des chromosomes polytènes chez la drosophile (Armstrong et al., 2002). Les cellules humaines contiennent au moins deux complexes SWI/SNF appelé BAF et PBAF. Les sous- unités ATPases correspondantes, BRG1 (Brahma Related Gene 1) et hBRM, sont très homologues entre elles et avec la protéine Snf2 de levure. Cependant, bien que les protéines BRG1 et hBRM soient identiques à 75%, leurs fonctions sont différentes. En effet, la délétion de BRM chez la souris n’est pas létale tandis que les souris délétées de BRG1 meurent très tôt au cours du développement (Bultman et al., 2000). Ces données sont en accord avec les données du groupe de Crabtree qui indique que BRM n'est pas exprimé en cellules ES et que le complexe esBAF (Figure 22) contient uniquement BRG1 en cellules ES (Ho et al., 2009b).

Figure 22: Le complexe esBAF dans les cellules ES murines, tiré de de Ho et al, 2010.

Les effets du remodelage de la chromatine par les complexes SWI/SNF, ont été analysés in vitro. Ces effets variés comprennent, un déplacement du nucléosome remodelé d’environ  40bp d’ADN,  une  augmentation  de  l’accessibilité  de  l’ADN  aux  facteurs  de  transcription  et  aux  enzymes  de  restriction,  des  mouvements  de  l’octamère  d’histones  en 

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trans ou la formation de particules ressemblant à des di-nucléosomes. La diversité des effets de remodelage des nucléosomes par les complexes SWI/SNF in vitro suggère qu’in vivo, le remodelage pourrait dépendre de la concentration locale des complexes, de la structure de la chromatine à un locus particulier, de la présence de facteurs régulateurs ou encore de la présence  d’ADN  pouvant  recevoir  les  histones  dissociées.  De  plus  la  composition  du  complexe esBAF dépend du contexte cellulaire, ce qui montre une régulation dynamique (Figure 23).

Cellules ES précurseurs cardiaques Neurones matures Figure 23: Le complexe BAF dans des contextes cellulaires différents, tiré de Ho et al., 2010.

Le rôle de la protéine BRG1 a été clairement démontré dans des cancers du poumon, de la prostate, du colon et du sein (Medina and Sanchez-Cespedes, 2008). Très récemment, des études à grande échelle ont montré l'implication de la protéine Brg1 dans la maintenance de la pluripotence. Cette implication se fait via le contrôle de gènes importants comme Oct4, Nanog ou encore Sox2 (Kidder et al., 2009). Une autre étude a montré l'importance de la protéine BRG1 dans ce mécanisme (Ho et al., 2009a). Afin de mieux cerner les réseaux régulateurs des cellules ES sous tenus par les complexes SWI/SNF l'équipe de Crabtree a poursuivi son étude par une localisation de la protéine BRG1 à l'échelle du génome grâce à la technologie du ChIP-seq. Le profil de liaison de la protéine Brg1 est alors assimilé à celui du complexe esBAF (Figure 22) auquel elle appartient (Lessard et al., 2007). La protéine Brg1 est retrouvée sur 4% du génome murin et lié à 5630 gènes différents. Ho et al. ont identifié Brg1 et son partenaire BAF155 s'associaient préférentiellement aux promoteurs des gènes en corrélant positivement avec l'expression des gènes liés. Notablement, Brg1 et son partenaire BAF155 se lient sur les promoteurs des protéines dont l'importance a été soulignée dans les chapitres précédents et qui sont les clefs pour le maintien de la pluripotence: Oct4, Sox2, Nanog, Dppa2, Dppa4, Sall4 et Myc. De plus, Brg1 partage un certain nombre de cibles avec ces derniers: 67% des cibles d'Oct4,

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74% pour Sox2 et 65%pour Nanog. De plus, Brg1 partage des cibles avec les facteurs Smad1 et Stat3 qui font partie des voies BMP et LIF respectivement, renforçant l'importance de cette protéine au cœur du réseau responsable de la pluripotence. Afin de déterminer plus précisément le rôle de Brg1 dans le réseau transcriptionnel des cellules ES, l'équipe de Crabtree a identifié les gènes dérégulés lors de la perte d’expression de Brg1. Ils ont ainsi pu  mettre en évidence que Brg1 avait une activité activatrice pour certains gènes qui ont un role dans la pluripotence (Nanog, Oct4, Sox2, Sall4…) et une activité répressive pour les gènes  impliqués dans le développement (Ring1, Ezh2, Suz12…) (Ho et al., 2009a). Cette fonction répressive se manifesterait non pas par compétition sur les gènes du développement avec les gènes polycombs mais par répression directe des gènes polycombs eux-mêmes. Cependant ce mécanisme proposé par Ho et al. reste à valider. En effet il subsiste une contradiction entre les données de Fazzio et al. qui montre un phénotype précoce (siRNA) et les données de Ho et al. qui observe un phénotype tardif (Fazzio et al., 2008), Ref Ho). Bien que Brg1 se lie à des promoteurs-clefs en cellules ES et fasse intimement partie du réseau transcriptionnel maintenant la pluripotence des cellules ES (van den Berg et al., 2010), le rôle de Brg1 doit être défini plus précisément. Le mécanisme qui permettait aux cellules exprimant Cdx2 et s'engageant dans la voie de différenciation throphectodermique, de réprimer l'expression d'Oct4 restait inconnu, jusqu'à ce que Wang et al. montrent que Brg1 est requis pour l'extinction du gène Oct4 (Wang et al., 2010). En effet, la perte d'expression (siRNA) de Brg1 ou de Cdx2 induit une expression d'Oct4 dans le trophectoderme alors que la combinaison des deux donne un phénotype encore plus aggravé. Les auteurs ont ensuite montré que Brg1 et Cdx2 co-localisent et interagissent entre elles et sont capables d'être recrutées sur le promoteur d'Oct4 et d'induire sa répression sans augmenter le taux de méthylation de l'ADN. De futures études pourraient étudier le taux de méthylation et d'acétylation des histones en absence ou présence de Brg1 et/ou Cdx2.

Ce mécanisme est une illustration d'une régulation faite par les enzymes modificatrices de la chromatine. Actuellement, le rôle des remodeleurs de chromatine dans le maintien de l'état pluripotent des cellules ES reste largement méconnu et de futures études sont nécessaires afin d'élucider leur(s) rôle(s).