Une meilleure compréhension de l'expression gènes
«Nous savons déjà que les différentes cellules de notre corps ont une séquence d'ADN commune et que l'on peut distinguer les tissus les uns des autres en fonction d'un sous-ensemble de gènes activés ou désactivés», explique Daphne Cabianca, chercheur dans le cadre du projet CHROMO-ANCHORING. «Même si cela est essentiellement dû à l'action des facteurs de transcription, on ne sait pas si ce mécanisme est également affiné par des modifications épigénétiques qui altèrent l'accès de ces facteurs à la séquence d'ADN.» Mme Cabianca et son équipe ont cherché à savoir si le positionnement spatial de l'ADN dans le noyau contribue aussi à la programmation adéquate de l'expression des gènes. «Je me suis attachée à déterminer quels facteurs interviennent au niveau de la séquestration de la chromatine dans un état inhibé inaccessible à la périphérie du noyau dans les cellules différenciées», explique Mme Cabianca. «À long terme, la question est de savoir si l'organisation spatiale est importante au maintien des schémas différenciés de l'expression des gènes et d'étudier les changements en cas d'exposition à un stress.» L'identification d'autres voies possibles Les composants les plus nombreux de la chromatine sont les histones, qui forment une unité extrêmement répétitive assurant la compaction de la fibre d'ADN. Les histones elles-mêmes subissent des modifications chimiques très variées qui ont lieu avant et pendant leur liaison à l'ADN. Une fois modifiées, les histones peuvent réguler la souplesse de la chromatine et l'expression des gènes. «La chromatine est largement dépendante de la répartition de ces modifications des histones, et peut se diviser en deux classes principales: l'euchromatine, qui comprend généralement les gènes actifs, et l'hétérochromatine, qui correspond aux parties du génome qui ont été inhibées de manière stable», indique Mme Cabianca. «Dans les différentes espèces, ces deux classes de chromatine présentent des fonctions préservées mais distinctes et sont situées à des endroits différents dans le noyau.» Chez le nématode C. elegans, on a constaté que le dépôt de lysine 9 de l'histone H3 (H3K9me), qui modifie la méthylation, est un signal essentiel pour la ségrégation spatiale de l'hétérochromatine au niveau de l'enveloppe nucléaire, la double membrane qui entoure le noyau. Cette modification est également reconnue par des protéines qui inhibent la transcription de la chromatine, la rendant ainsi hétérochromatique. En conséquence, la séquestration en périphérie du noyau et l'absence d'activité transcriptionnelles ont été coordonnées par la modification de l'histone H3K9 dès les premiers stades du développement. Toutefois, Mme Cabianca a pu observer que lors de la différenciation des cellules embryonnaires en tissus distincts, les vers dépourvus du signal H3K9me continuent de présenter une ségrégation de l'hétérochromatine au niveau de l'enveloppe nucléaire, comme c'est le cas des vers sauvages. Ceci suggère l'existence d'une autre voie ne nécessitant pas que le signal de méthylation K9 soit actif et retenant l'hétérochromatine à la périphérie du noyau dans les tissus différenciés. Il est possible que la seconde voie ait agi de manière redondante de manière à ce que les deux voies se renforcent mutuellement, ou que la voie alternative remplace totalement la voie de méthylation H3K9 pour favoriser la ségrégation entre l'euchromatine et l'hétérochromatine dans les cellules différenciées. «La découverte des protéines impliquées dans le mécanisme de ségrégation du noyau des cellules intestinales est devenu le but de ma recherche», indique Mme Cabianca. Découverte de la protéine MRG-1 En procédant à un filtrage à l'aide de protéines susceptibles de reconnaître les modifications des histones, les chercheurs ont découvert une protéine appelée MRG-1, dont la perte a engendré la disparition de la séparation claire entre l'hétérochromatine et l'euchromatine dans les cellules de l'intestin. Cette protéine est conservée d'une espèce à l'autre, de la levure jusqu'à l'homme, et lie les histones qui transportent la marque de méthylation sur une autre lysine de l'histone H3, H3K36. En son absence, la répartition de l'hétérochromatine et de l'euchromatine est devenue aléatoire: la chromatine active n'était plus exclusivement située à l'intérieur du noyau et la chromatine désactivée n'était plus située en périphérie. «Néanmoins, un effet aussi fort n'était obtenu que si l'on supprimait également la méthylation H3K9, confirmant ainsi l'existence de deux voies redondantes assurant la séparation de la chromatine dans les cellules différenciées, et non d'une seule voie dans les tissus, remplaçant le mécanisme en place dans les embryons», explique Mme Cabianca. À la différence de la méthylation H3K9, les nouveaux facteurs de l'organisation spatiale de la chromatine identifiés sont absents de l'hétérochromatine mais sont bien des facteurs euchromatiques. «Nos résultats indiquent que les composants de cette seconde voie ont une action indirecte qui contrarie la fixation de l'hétérochromatine à la périphérie du noyau», ajoute Mme Cabianca. Une nouvelle hypothèse Les chercheurs ont déterminé que cet antagonisme dans la séparation spatiale implique un second facteur euchromatique hautement préservé appelé acétyl transférases d'histone (HAT). Ce HAT modifie les mêmes résidus de lysine des histones pouvant être méthylés, mais l'acétylation est caractéristique des gènes actifs. «Notre hypothèse à ce sujet est que la marque active 'envahit' à présent le domaine hétérochromatique, contrariant ainsi la compartimentation régissant habituellement l'ordre dans le noyau», conclut Mme Cabianca. «On est donc face à deux types de mécanismes qui déterminent l'organisation spatiale de la chromatine dans le noyau: l'un agit par séquestration positive de la chromatine répressive et l'autre maintient à l'écart des domaines inhibés les facteurs qui contrarient la première voie.»
Mots‑clés
CHROMO-ANCHORING, expression des gènes, ADN, chromatine, histones
