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SOMMAIRE

Introduction

Le contrôle de l’expression des gènes se fait en partie au niveau de la transcription. Des signaux physiologiques, générés à l’extérieur de la cellule sont traduits jusqu’au noyau via de complexes interactions biochimiques. Ces signaux traduits peuvent amplifier ou atténuer l’expression des gènes en modifiant, notamment, les interactions des facteurs de transcription à leur cible. Il existe 3 classes de gènes définis par le type d’enzyme ARN polymérase dépendante de l’ADN qui les transcrit. L’ARN polymérase I ou ARNPI catalyse la transcription des gènes ribosomaux, l’ARNPII permet la transcription des gènes codant pour des protéines et l’ARNPIII transcrit essentiellement les gènes codant pour les tRNAs (revue dans (Zawel and Reinberg, 1995)).

La transcription des gènes de classe II est contrôlée aux différentes étapes que sont l’initiation, le démarrage, l’élongation et la terminaison de la transcription. Ces étapes sont régulées par des complexes protéiques et des facteurs cellulaires qui interviennent pour moduler et/ou modifier post-traductionnellement la chromatine et les facteurs de transcription.

A) Le promoteur

Les gènes de classe II sont encadrés classiquement par 2 régions flanquantes (5’ et 3’) qui contiennent les éléments régulateurs. Ils sont constitués d’exons, partie codante et d’introns, ADN non-codant. Le promoteur est localisé dans la partie 5’ flanquante et comprend 2 parties (Figure 1) :

• les sites de fixation des facteurs généraux de la transcription
• les sites de liaison des éléments régulateurs spécifiques du gène

Le promoteur fait partie des éléments essentiels qui permettent la régulation transcriptionnelle de l’expression du gène qu’il précède. Aussi, il est important de bien définir sa structure et sa composition pour comprendre les mécanismes de régulation des gènes de classe II.

Les facteurs spécifiques de transcription se fixent traditionnellement dans la partie la plus en 5’ du promoteur. Cette partie est constituée par des séquences spécifiques où vont interagir différents facteurs pour réguler positivement ou négativement l’expression du gène cible.

Les facteurs généraux de transcription se fixent, quant à eux, dans la région promotrice précédant directement le +1 de la transcription entre les nucléotides +1 à –110. Cette partie comprend des séquences spécifiques. Le coeur du promoteur est défini par 2 éléments génétiques : la boîte TATA, localisée 25 nucléotides en amont du +1 de la transcription et/ou un élément initiateur appelé INR (Smale and Baltimore, 1989) (revue dans (Novina and Roy, 1996)). Plus récemment Kadonaga et coll. ont identifié chez Drosophila megalonaster un nouveau site, différent de la boîte TATA, qui permettait la fixation des facteurs généraux de transcription. Ce site a été appelé DPE pour "downstream core promoter element" (Burke and Kadonaga, 1996).

Ainsi, l’organisation du promoteur et plus précisément celle du cœur sont des éléments essentiels qui vont permettre via l’interaction de tels ou tels facteurs, la régulation transcriptionnelle de l’expression des gènes codant pour les protéines.

B) Régulation de la transcription des gènes dépendants de l’ARNPII

La transcription d’un gène c’est-à-dire la synthèse d’un ARN messager à partir d’une séquence d’ADN fait appel à un processus en 5 étapes.

• la pré-initiation de la transcription, étape au cours de laquelle la machinerie basale, les facteurs de transcription et les co-activateurs sont recrutés
• l’initiation de la transcription généralement initiée par l’action coordonnée des facteurs initiateurs
• l’élongation de la transcription qui fait appel à des complexes dont l’action peut-être positive ou négative
• l’arrêt de la transcription
• la maturation des ARN pré-messagers

B-1) La pré-initiation

La pré-initiation est une des étapes déterminantes dans le processus transcriptionnel au cours de laquelle une multitude de facteurs cellulaires vont intervenir pour finalement agir en synergie et placer le promoteur dans une configuration active. Cette étape est spécifique du promoteur, elle est contrôlée notamment en ce qui concerne le recrutement des facteurs de transcription et des co-activateurs, la machinerie basale étant sollicitée pour activer tous les promoteurs possédant une boîte TATA.

B-1-1) La machinerie basale

La machinerie basale de transcription comprend un ensemble de protéines, ou complexes protéiques, qui est traditionnellement représentée par l’ARNPII et les facteurs généraux de transcription ou GTFs (general transcription factors) comprenant les complexes TFIIA, TFIIB, TFIID, TFIIE, TFIIF et TFIIH (revue dans (Woychik and Hampsey, 2002)). Certains de ces facteurs interviennent dans l’initiation comme TFIID, mais d’autres interviennent plus tardivement.

B-1-1-1) L’ARN polymérase II

L’ARNPII catalyse la synthèse des ARN messagers mais elle n’est pas capable d’initier la transcription au niveau du promoteur ou de répondre aux protéines régulatrices de la transcription en absence d’autres facteurs (Weil et al., 1979). Ce complexe multi-protéique est constitué par 12 sous-unités chez les eucaryotes dont 5 sont extrêmement conservés parmi les organismes phylogénétiquement différents. L’ARNPII de levure dont la structure cristallographique a été obtenue par Cramer et coll. (Figure 2) sert de référence pour toutes les formes d’ARNPII (Cramer et al., 2001). Les sous-unités sont arrangées selon une structure générale composée par 5 sous-unités. Deux larges sous-unités, Rpb1 et Rbp2 constituent la masse centrale de l’enzyme et sont opposées l’une à l’autre par des charges positives. Ces 2 parties sont ancrées dans 2 petites sous-unités Rpb3 et Rpb11 qui sont impliquées dans l’assemblage de l’ARNPII. Enfin Rbp6 interviendrait dans la stabilisation de la large sous-unité. Fonctionnellement, Rpb3 possède un domaine liant le zinc et des substitutions dans cette région entraîneraient un défaut dans l’activation transcriptionnelle suggérant l’existence d’interaction entre cette région et des protéines activatrices (Tan et al., 2000). Quant à Rbp4 et 7 qui ne sont pas représentées sur la structure (Figure 2), des données récentes suggèrent qu’elles formeraient un hétérodimère (Todone et al., 2001) (revue dans (Cramer, 2002)).

La grande sous-unité de l’ARNPII possède un domaine carboxy-terminal appelé CTD constitué par une répétition heptapeptidique dont la séquence consensus est Tyr¹-Ser²-Pro³-Thr⁴-Ser⁵-Pro⁶-Ser⁷. Chez l’homme, il existe 52 répétitions de cet heptapeptide. Le CTD est spécifique de l’ARNPII et joue un rôle clef dans la régulation des étapes de post-initiation de la transcription et dans la coordination des évènements permettant en simultané la transcription et la maturation des ARN messagers. Des kinases et des phosphatases régulent le niveau de phosphorylation du CTD.

B-1-1-2) Le complexe TFIID

Le complexe unique ADN / protéine formé par la protéine liant la boîte TATA appelé TBP (TATA-box binding protein) sert de plate-forme à l’assemblage de la machinerie transcriptionelle. TFIID est constitué par TBP, sous-unité principale, et 12 TAFs (TBP-associated factors), protéines extrêmement conservées depuis la levure jusqu’à l’homme (Burley and Roeder, 1996; Lee and Young, 1998). L’analyse cristallographique de TBP seule a permis de révéler une structure pseudo-symétrique de la protéine avec une face concave qui contacterait l’ADN et une surface convexe probablement destinée à l’interaction avec les TAFs (revue dans (Albright and Tjian, 2000)). Il existe un important débat autour de la fonction des TAFs dans la transcription. En effet, des études initiées chez la levure suggèrent que tous les TAFs ne soient pas requis dans la transcription générale par l’ARNPII (Burley and Roeder, 1996; Lee and Young, 1998). En accord avec ces résultats, Oelgeschlager et coll. ont montré que TBP seule était capable d’activer la transcription dans un système GAL4-VP16 en absence de TFIID (Oelgeschlager et al., 1998), impliquant l’existence de co-activateurs redondants ou alternatifs pour ce facteur de transcription chimérique. Mais de façon générale, les études in vitro suggèrent que les TAFs contribuent à réguler la transcription à différents niveaux. Tout d’abord, ils permettraient d’établir un lien entre les co-activateurs et la machinerie basale. Ensuite, ils stabiliseraient le complexe TFIID au niveau du cœur du promoteur en augmentant l’interaction entre TBP et la boîte TATA. Finalement, dans le cas de TAFII250, qui possède une activité histone acétyltransférase, ce type de protéine pourrait modifier des protéines voisines par acétylation et potentialiser leur activité modulatrice (revue dans (Albright and Tjian, 2000)).

B-1-1-3) Les autres complexes

D’autres complexes que TFIID sont recrutés au niveau du promoteur. TFIIA, complexe constitué de 3 sous-unités, interagit directement avec TBP et les séquences en amont de la boîte TATA (Geiger et al., 1996; Tan et al., 1996). Sa fonction essentielle est de stabiliser la liaison de TBP à la boîte TATA ce qui peut-être potentiellement important notamment pour l’activation basale de certains promoteurs dont la boîte TATA est faible. Tout comme TFIIA, TFIIB, protéine de 35 KDa, interagit directement avec TBP. Elle lie également des séquences localisées en amont et en aval de la boîte TATA (Nikolov et al., 1995). Son rôle est essentiel puisqu’elle participe au recrutement du complexe TFIIF/ARNPII au niveau du site de démarrage de la transcription tout en stabilisant l’interaction entre TBP et L’ADN (Kim et al., 1994). Les données obtenues en analyse structurale montrent qu’il existe des complexes ADN/TBP/TFIIB et ADN/TBP/TFIIA. TFIIA et TFIIB ne lient pas TBP au même endroit et n’établissent pas de contact direct entre elles, ce qui est en accord avec la fonction de TFIIB dans le recrutement de l’ARNPII alors que TFIIA permettrait la dissociation de co-facteurs négatifs qui préviendraient la liaison de TFIIB au complexe d’initiation (revue dans (Kaiser and Meisterernst, 1996)). Un des rôles essentiels de TFIIF est d’amener l’ARNPII au niveau du promoteur via TFIIB. Par cette spécificité d’interaction, TFIIF permettrait aussi de réduire la liaison de l’ARNPII à des sites non spécifiques (Zawel and Reinberg, 1993). TFIIE interagit directement avec l’ARNPII et permet surtout le recrutement de TFIIH au niveau du promoteur qui intervient essentiellement au cours des étapes de démarrage et d’élongation de la transcription (Tableau 1) (Figure 3) (revue dans (Roeder, 1996)).

La mise en place de ce puzzle s’opère séquentiellement pour permettre le démarrage de la transcription.

B-1-2) Les facteurs de transcription

Il existe plus de 2000 facteurs de transcription qui sont codés par le génome humain. Ces protéines possèdent 2 domaines caractéristiques :

• un site de liaison direct à une séquence spécifique d’ADN
• un domaine d’activation ou de répression qui permet au facteur de transcription d’interagir avec des co-facteurs pour contrôler (activer ou réprimer) l’activation de la machinerie basal.

Dans certain cas, ces 2 domaines sont portés par des protéines différentes qui vont agir en synergie pour contrôler l’expression du gène. De façon générale, ces facteurs se fixent au niveau des éléments régulateurs spécifiques du promoteur localisés entre les nucléotides –400 et –100 mais certains d’entre eux peuvent exercer leurs effets sur des distances plus importantes, jusqu’à 30 kb.

Il existe plusieurs catégories de structures protéiques capables de lier l’ADN présentes dans les facteurs de transcription. Les plus fréquentes sont les motifs en doigts de zinc, les homéodomaines ou HD et les domaines riches en acides aminés basiques (revue dans (Mitchell and Tjian, 1989)) (Figure 4). Les motifs en doigts de zinc ont initialement été identifiés au niveau de TFIIIA, facteur liant la région contrôlant l’expression du gène de l’ARN 5S (Miller et al., 1985). Ce type de structure est présent dans la protéine Sp1 (Kadonaga et al., 1987) qui permet d’activer la transcription en se liant à des régions riches en GC. En outre, les récepteurs aux hormones stéroïdes, une autre famille de facteurs de transcription possèdent ce type de structure pour interagir avec l’ADN (Freedman et al., 1988) . Les protéines contenant des motifs HD reconnaissent généralement des structures ADN riches en bases AT (Fainsod et al., 1986). Enfin, les domaines riches en acides aminés basiques sont capables de former des structures en hélice compatibles pour établir des liaisons avec l’ADN. Certains facteurs de transcription tels que CREB, Jun et Fos sont capables de se lier à l’ADN sous une forme dimère. La présence de domaines "leucine zipper" permet cette dimérisation et les régions basiques adjacentes favorisent l’interaction entre le facteur de transcription et l’ADN (revue dans (Mitchell and Tjian, 1989)).

Bien que ces trois types de structures soient généralement celles identifiées pour permettre la liaison du facteur de transcription à sa cible, il en existe également d’autres, des facteurs comme AP-2 ou SRF (the serum response factor) ne contenant pas ces types de domaine (Norman et al., 1988; Williams et al., 1988).

Les domaines d’activation des facteurs de transcription sont généralement des parties (1 ou plusieurs) de la protéine qui sont enrichies par un type d’acide aminé. Il a été ainsi défini les protéines ayant des domaines d’activation riches en acides aminés acides comme l’acide aspartique, riches en glutamine ou en proline. Ces régions facilitent généralement des interactions avec des co-facteurs et sont parfois la cible de modifications post-traductionnelles de type phosphorylation ou acétylation qui permettent l’activation du facteur en question ou bien des co-facteurs associés (revue dans (Brivanlou and Darnell, 2002; Mitchell and Tjian, 1989)).

Les facteurs de transcription sont donc des régulateurs essentiels et spécifiques du processus d’expression des gènes en fonction des besoins de la cellule (revue dans (Brivanlou and Darnell, 2002)). Ils sont recrutés directement au niveau de séquences d’ADN spécifiques localisées en amont du promoteur et interagissent avec des co-régulateurs pour permettre l’activation ou la répression de la transcription.

B-1-3) Les co-activateurs et le complexe Médiateur

Alors que l’ARNPII et les GTFs sont suffisants pour activer la transcription dans un système reconstitué, des facteurs supplémentaires sont requis pour permettre l’expression des gènes en réponse à des activateurs. C’est à partir de ces observations que l’existence des co-activateurs a été découverte, au début des années 90. Ces facteurs, dont l’identification a été essentiellement fondée sur leur capacité à interagir avec des facteurs de transcription, peuvent être classés en 2 catégories :

• les co-activateurs qui interagissent avec l’ARNPII ou des composants de la machinerie basale de transcription
• les co-activateurs qui ont des activités orientées vers la chromatine comme les histones acétyltransférases ou déacétylases (HATs ou HDACs) (revue dans (Naar et al., 2001)).

Etant donné l’importance et la multifonctionalité de la seconde catégories de co-activateurs, un chapitre complet leur sera consacré.

Les co-activateurs de la première catégorie sont des médiateurs regroupés sous la forme de complexes modulateurs qui permettent de transmettre des informations positives ou négatives du facteur de transcription à la machinerie basale (revue dans (Hampsey and Reinberg, 1999; Myers and Kornberg, 2000)). Ces complexes médiateurs ne sont pas capables de lier directement des séquences ADN spécifiques, par contre, des analyses génétiques ont montré qu’ils interagissent directement avec l’ARNPII. Le complexe médiateur stimule aussi la transcription basale et régule l’activité kinase CDK7 présente dans le complexe TFIIH, suggérant qu’il pourrait agir par l’intermédiaire du CTD de l’ARNPII (Akoulitchev et al., 2000). Cependant, il a très récemment été montré que cette interaction n’est pas requise pour l’activité co-activatrice du complexe in vitro et in vivo (Bhoite et al., 2001; Park et al., 2001) chez la levure et la drosophile.

Le complexe médiateur a initialement été identifié chez la levure et il est composé chez l’homme par un ensemble de 25 protéines. Sa structure tridimensionnelle édifiée par Dotson et coll. révèle une structure en ellipse dont la conformation change en présence de l’ARNPII ou du CTD (Dotson et al., 2000). Plus récemment, 2 types de complexes : le complexe ARC-L (activator-recruited cofactor) et le complexe CRSP (cofactors required for Sp1 activation) ont été isolés à partir du complexe ARC. Des expériences de transcription in vitro décrites par Taatjes et coll. révèlent que seul le complexe CRSP est actif et leurs analyses en microscopie électronique montrent que ce complexe est capable d’adopter 3 structures différentes en fonction de son interaction avec des activateurs (Taatjes et al., 2002). En outre, il existe d’autres complexes médiateurs dont certaines sous-unités sont homologues à celles du complexe médiateur de levure (polypeptides Srb et Med) et dont le rôle dans la transcription peut être négatif comme c’est le cas pour le complexe NAT (negative regulator of activated transcription) (Sun et al., 1998) ou positif avec le complexe SMCC (Srb/Med-containing cofactor complex) (Gu et al., 1999).

L’introduction d’un complexe médiateur, qui fait le lien entre l’activateur et la machinerie basale, dans le processus de régulation de la transcription est un concept assez récent (Figure 5). Son rôle commence à être bien défini mais les mécanismes restent encore inconnus. Dans les prochaines années, des études devraient permettre de comprendre l’importance de ce type de complexes dans la régulation transcriptionnelle de l’expression des gènes.

B-2) Le démarrage de la transcription ou initiation

Le démarrage de la transcription consiste en l’avancée de l’ARNPII au-delà d’une quinzaine de nucléotides, libérant ainsi le promoteur d’où son nom de "promotor clearance". Outre d’initier la synthèse des ARN messagers, elle permet aussi la formation d’un nouveau complexe d’initiation qui va pouvoir prendre place au niveau du promoteur. Ce mécanisme permet aussi d’optimiser le niveau transcriptionnel. En effet, de plus en plus de données suggèrent que l’efficacité de l’initiation de l’ARNPII n’est pas uniquement gouvernée par l’efficacité d’activation du complexe de transcription mais aussi par l’efficacité de la polymérase à quitter le promoteur (revue dans (Conaway et al., 2000)).

Certains GTFs ont été impliqués dont TFIIE, TFIIF et TFIIH. TFIIF serait capable de diminuer la fréquence des transcriptions abortives et une coopération entre TFIIE et TFIIH permettrait de supprimer les arrêts précoces de l’ARNPII (revue dans (Dvir et al., 2001)). L’ATP aussi semble nécessaire. Tout d’abord, TFIIH, complexe de 9 polypeptides, possède 2 activités enzymatiques dépendantes de l’ATP : une activité ADN hélicase (Schaeffer et al., 1993) et une activité kinase dépendante des cyclines (Fisher and Morgan, 1994). Ensuite la transcription par l’ARNPII nécessite l’hydrolyse des liaisons b-g de l’ATP (Bunick et al., 1982) et cette hydrolyse de l’ATP est requise pour la formation d’un complexe ouvert nécessaire au démarrage de la transcription (revue dans (Dvir et al., 2001)) qui ferait intervenir l’activité hélicase de TFIIH (Dvir et al., 1997; Kugel and Goodrich, 1998; Kumar et al., 1998). Enfin l’activité kinase CDK7 contenue dans le complexe TFIIH permettrait de phosphoryler le CTD de l’ARNPII engagée, guidant le processus vers l’étape de l’élongation.

Les données actuelles permettent de définir cette étape en 2 parties : une première qui consiste en l’activation du complexe de transcription et l’autre en la libération du promoteur, ce qui correspond à l’avancée de l’ARNPII et de certains co-facteurs associés, dans la chromatine. Ce mécanisme fait intervenir directement le complexe TFIIH et l’ATP.

B-3) L’élongation : les complexes de régulations

L’élongation est la dernière étape du processus transcriptionnel dont je parlerai. L’obtention par Cramer et coll. de la structure cristallographique de l’ARNPII au cours de l’élongation et des analyses biochimiques ont permis des avancées majeures dans la compréhension de ce processus qui met en jeu des complexes protéiques qui agissent positivement ou négativement (revue dans (Conaway et al., 2000)). La transition de l’ARNPII du stade initiation au stade élongation s’accompagne de l’hyperphosphorylation du CTD (revue dans (Dahmus, 1996)). La phosphorylation du CTD peut-être bloquée par l’utilisation d’un inhibiteur des protéines kinases comme le 5,6-dichloro-1-b-D-ribofuranosyl-benzimidazole (DRB) qui arrête l’élongation de l’ARNPII in vitro et in vivo (Chodosh et al., 1989; Marshall and Price, 1992). L’utilisation de cet inhibiteur sur culture cellulaire entraîne un inhibition de plus de 95% sur la synthèse des ARNs messagers matures (Sehgal et al., 1976) ce qui a permis de mettre en évidence que l’activation de l’élongation est prise en charge par un complexe sensible au DRB qui doit être capable de contre-carrer l’effet d’un complexe inhibiteur (Marshall and Price, 1992). Par la suite, 3 complexes d’élongation ont été identifiés dont 1 positif appelé P-TEFb (positive-transcription elongation factor b) (revue dans (Price, 2000)) et 2 négatifs : NELF (negative elongation factor complex) (Yamaguchi et al., 1999) et DSIF (DRB-sensitivity inducing factor) (Wada et al., 1998).

B-3-1) Le complexe positif d’élongation de la transcription

Il existe plusieurs facteurs qui interviennent dans l’élongation tels que les membres de la famille SII, les complexes ELL et les "Elongin". Ces facteurs agissent essentiellement en permettant la suppression des pauses de l’ARNPII (revue dans (Conaway et al., 2000)).

Je ne les développerai pas mais parlerai uniquement du complexe P-TEFb qui permet une élongation processive de la transcription. La purification du complexe P-TEFb, à partir d’extraits nucléaires de Drosophile, par Marshall et Price en 1995 a permis l’identification de 2 sous-unités (Marshall and Price, 1995). Peu après, il a été montré que P-TEFb possédait une activité kinase capable de phosphoryler le CTD déjà partiellement phosphorylé (Marshall et al., 1996). Cette activité kinase contenue dans une protéine de 43 KDa, initialement appelée PITALRE (Grana et al., 1994), a ensuite été renommée CDK9 (cyclin-dependant kinase 9) lorsque son partenaire a été identifié comme étant une protéine dépendante du cycle de 87 KDa (Peng et al., 1998). La sous-unité cycline a été appelée cyclineT à cause de son implication dans la transcription. CDK9 peut aussi être associée à d’autres cyclines (10 à 20 %) dont cyclineT2a , cyclineT2b et cyclineK (Fu et al., 1999; Peng et al., 1998) mais dans tous les cas, la cycline box est requise pour l’activité du complexe (Peng et al., 1998). Toutefois, est-ce que ces cyclineTs sont les seules partenaires de CDK9 ? Probablement non, puisque des expériences d’immunoprécipitation de CDK9 et des marquages à l’argent ont révélé que des protéines de 87, 105, 133, 140 et 207 KDa sont associées à CDK9. A ce jour, seule la protéine de 87 KDa a été identifiée mais l’identité des autres reste encore inconnue. En même temps, cyclineT1 a été clonée par l’intermédiaire de son association avec Tat, facteur de transcription de VIH-1 (Wei et al., 1998) sur lequel je reviendrai plus longuement dans la partie II. Aussi, l’utilisation du promoteur du VIH-1 a permis des avancées majeures dans la compréhension du rôle de P-TEFb dans l’élongation.

De façon générale, la fonction du complexe P-TEFb mettrait en jeu les deux sous unités connues. Aussi, le rôle des autres protéines associées au complexe reste totalement obscur, l’association entre CDK9 et cyclineT étant suffisante à l’activité du complexe. De même l’existence de rôles distincts pour les trois cyclineTs ne serait pas exactement connu, l’association d’une des trois cyclines à CDK9 permettant d’activer la transcription. Toutefois, on pourrait penser que la nature de la cycline serait déterminante pour permettre une spécificité d’action du complexe P-TEFb, puisque par exemple, la cyclineT1 interagit spécifiquement avec Tat (Wimmer et al., 1999). Fonctionnellement, alors que la cyclineT1 participerait par l’intermédiaire de sa capacité à interagir avec des facteurs de transcription au recrutement du complexe au niveau du promoteur, CDK9, par son activité kinase phosphorylerait le CTD de l’ARNPII permettant ainsi d’empêcher l’arrêt de l’élongation (revue dans (Conaway et al., 2000)). En outre il semble exister des subtilités dans le mécanismes de régulations puisque CDK9 est capable aussi de s’autophosphoryler dans sa partie C-terminale et de phosphoryler la cyclineT1 entre les acides aminés 303-728 ce qui entraîne des modulations dans la capacité de P-TEFb à interagir avec ses partenaires (Garber et al., 2000). En outre, plus récemment Kiernan et coll. ont montré que CDK9 est ubiquitinée et dégradée par le protéasome par l’intermédiaire de cyclineT1. Ainsi, l’inhibition de l’expression de p45^skp2, composant de la voie de dégradation, par l’IFN-g permet de stabiliser l’expression de CDK9 au niveau des promoteurs dépendants du complexe P-TEFb, entraînant une augmentation de la transcription comme dans le cas du promoteur du complexe majeur d’histocompatibilité de classe II (Kiernan et al., 2001). Enfin, Nguyen et coll. ont montré récemment que P-TEFb était séquestré dans des complexes contenant des ARN 7SK. La dissociation du complexe entre les ARNs 7SK et CDK9 permettrait d’activer son activité kinase suggérant une régulation étroite de la transcription par cette interaction. En outre il semblerait que la dégradation in vivo de 7SK augmenterait l’activation du promoteur du VIH-1 (Nguyen et al., 2001; Yang et al., 2001). Finalement, P-TEFb établit des interaction avec TAT-SF1 et des composants de la machinerie d’épissage comme les U-snRNPs (spliceosomal U small nuclear ribonucleoproteins) suggérant que ces facteurs pourraient aussi être impliqués dans l’élongation de la transcription (Fong and Zhou, 2001) ou bien que P-TEFb pourrait jouer un rôle aussi dans les étapes d’épissage des ARNs.

En conclusion, l’ensemble des données bibliographiques montre que P-TEFb joue un rôle important dans le processus d’élongation de l’ARNPII. Son rôle au niveau de promoteur comme celui du VIH-1 est maintenant bien établi et de nouvelles données portent à croire à une régulation étroite du complexe au sein de la cellule faisant intervenir de nouvelles régulations et relations.

B-3-2) Les complexes négatifs d’élongation de la transcription

Le premier complexe identifié comme ayant un effet inhibiteur sur l’élongation est le complexe DSIF (Wada et al., 1998). Sa purification, à partir d’extraits nucléaires de cellules HeLa est basée sur sa capacité à induire la sensibilité au DRB d’où son nom. Ce complexe est constitué par 2 sous-unités de 160 et 14 KDa qui sont des homologues de facteurs de transcription présents chez la levure : Spt5 et Spt4 (Wada et al., 1998). Les composants du complexe DSIF interagissent directement avec l’ARNPII (Hartzog et al., 1998; Wada et al., 1998). Alors que les premières études ne permettaient pas de comprendre la fonction de DSIF en absence de DRB, une étude plus récente faite avec l’utilisation de mutants dominants négatifs de la sous-unités p160, a montré clairement qu’in vivo la fonction de DSIF est d’inhiber la transcription (Yamaguchi et al., 1999).

Le complexe NELF quant à lui agirait en synergie avec le complexe DSIF pour inhiber la transcription. Ce complexe a aussi été isolé grâce à sa sensibilité au DRB par Yamaguchi et coll.. NELF est un complexe multi-protéique de ~300 KDa constitué par 5 protéines dont une possède un domaine riche en arginine/acide aspartique (RD) et un domaine de liaison à l’ARN. Il interagit avec DSIF et les formes hypophosphorylées du CTD de l’ARNPII (Yamaguchi et al., 1999). Enfin une étude très récente montre que NELF interagit avec le complexe ARNPII/DSIF préformé et se lie à l’ARN in vitro. L’utilisation d’un mutant où la région requise pour la liaison ARN est supprimée entraîne une absence d’inhibition sur la transcription (Yamaguchi et al., 2002). Ainsi, NELF provoque la pause de l’ARNPII en se liant à un complexe préformé entre l’ARNPII et DSIF ainsi qu’aux produits ARNs nouvellement synthétisés. Les complexes négatifs interviendraient donc en synergie pour permettre la pause de l’ARNPII, effet qui serait neutralisé par la phosphorylation du CTD grâce à l’activité kinase CDK9 du complexe P-TEFb.

L’ensemble des études faites sur les différentes étapes de la transcription montre que ce processus est étroitement régulé par des complexes protéiques généraux et spécifiques du promoteur qui interviennent séquentiellement pour permettre la synthèse des ARNs messagers. Ce mécanisme, extrêmement complexe, est non seulement régulé étape par étape mais d’autres facteurs interviennent aussi au niveau de la chromatine qui structurellement joue un rôle important dans la transcription.

C) Rôle de la chromatine dans la transcription

C-1) Généralités

Dans le noyau, le génome eucaryote est une structure hétérogène où les régions actives et inactives de la chromatine définissent des territoires distincts. Lorsque les gènes sont silencieux, généralement, le niveau de condensation de la chromatine est plus important et s’étend dans des régions d’ADN regroupées en forme transcriptionnellement inactive et définies comme l’hétérochromatine. L'hétérochromatine est répliquée tardivement en phase S, contient peu de gènes, et est capable de réprimer la transcription de gènes adjacents. L’euchromatine apparaît moins dense que les chromosomes mitotiques et contient les gènes actifs. Plusieurs évidences suggèrent que la localisation sub-nucléaire de certains gènes peut contribuer à l'établissement ou au maintien d'états particuliers de leur chromatine (revue dans (Francastel et al., 2000)).

La chromatine est constituée par l’ADN chromosomal qui est compacté autour d’une structure appelée nucléosome. Chaque nucléosome contient un tétramère (H3-H4) et 2 dimères (H2A-H2B) positionnés de part et d’autre du tétramère, ce qui forme un octamère d’histones autour duquel 146 paires de base d’ADN sont enroulées (Figure 6)   (Luger et al., 1997).

Les parties amino-terminales des histones, qui contiennent de 16 à 44 acides aminés sont impliquées dans la genèse des états structuraux de la chromatine. Elles peuvent interagir avec d’autres histones (Lenfant et al., 1996; Luger et al., 1997) ou des protéines chromosomales non-histones comme HMG-14 qui interagit avec la partie amino-terminale de l’histone H3 (Trieschmann et al., 1998). Enfin, cette partie des histones peut être modifiée post-traductionnellement par acétylation, phosphorylation, méthylation, ubiquitination, glycosylation et ADP-ribosylation (revue dans (Spencer and Davie, 1999)) affectant ainsi leur charge et leurs fonctions. De plus en plus de données montrent qu’il existe une corrélation entre les états d’acétylation des histones et l’activité transcriptionnelle. Ainsi la chromatine et les complexes co-activateurs qui interviennent dans son remodelage et qui modifient les histones sont importants pour réguler le processus transcriptionnel. Enfin, devant la multitude des modifications des histones, des études récentes suggèrent qu’il existerait un code spécifique appelé "histone code" impliqué dans la régulation des gènes (revue dans (Berger, 2002)).

C-2) Les complexes de remodelage de la chromatine

L’enroulement de l’ADN autour des nucléosomes et l’assemblage de la chromatine créent une structure compacte plutôt défavorable à l’interaction des facteurs généraux de transcription comme TFIID à leur séquence cible au niveau du promoteur. Aussi, un des rôles des co-activateurs transcriptionnels, spécifiques d’un gène donné, est de modifier au niveau du promoteur l’état de compaction et le remodelage de la chromatine. Cette modification de la chromatine fait intervenir des enzymes ou complexes enzymatiques qui sont recrutés par les activateurs et facilitent l’assemblage du complexe de pré-initiation. Deux types d’enzyme capable de remodeler la chromatine peuvent être recrutés par des facteurs de transcription. La première catégorie dépendante de l’ATP, permet de dissocier les interactions entre l’ADN et les histones. Les modifications qui sont catalysées par ce type d’enzyme sont non-covalentes. Ce sont les homologues du complexe SWI/SNF initialement identifié chez la levure. La seconde catégorie est quant à elle constituée par des protéines possédant une activité histone acétyltransférase. La fonction essentielle de ces protéines est de modifier de manière covalente leur substrat par ajout d’un groupement acétyl sur les lysines ce qui, au niveau des histones, pourrait se traduire par une perturbation des interactions histones/ADN. Ces co-activateurs via leur recrutement par des facteurs de transcription sont extrêmement importants pour le processus de transcription.

C-2-1) Les complexes dépendants de l’ATP

Tous les complexes de remodelage de la chromatine, dépendants de l’ATP, contiennent une sous-unité ATPase homologue à la super famille des protéines SNF2 de levure. Ces complexes ont été classés en 3 groupes qui chez l’homme sont:

• le groupe SWI/SNF comprenant les protéines hBRM ou BRG1
• le groupe RSF, membre de la famille ISIW contient l’activité ATPase de hSNF2h et une protéine non identifiée p325
• le complexe NURD/NuRD/NRD qui possède en plus de l’activité ATPase, des activités histones déacétylases HDAC1 et HDAC2 (Figure 7) (revue dans (Vignali et al., 2000)).

Les complexes de remodelage dépendants de l’ATP altèrent la structure de la chromatine en changeant la localisation et la conformation des nucléosomes, contribuant   à fluidifier la chromatine (revue dans (Kingston and Narlikar, 1999)).

C-2-1-1) Le complexe SWI/SNF

La purification du complexe SWI/SNF, à partir de cellules humaines, par Wang et coll. a permis de découvrir l’existence de 2 complexes multi-protéiques (8 à 15 sous-unités) d’approximativement 2 MDa (Wang et al., 1996; Wang et al., 1996) qui diffèrent par la nature des ATPases présentes : BRG1 et hBRM. Ces 2 ATPases sont toutefois homologues à plus de 70% et ainsi qu’à SNF2. Elles sont associées à des protéines appelées BAFs (BRG1-associated factors) dont une, p47 est l’homologue humain de SNF5 (hSNF5/INI1/BAF47). La présence de ces complexes semble dépendre du type cellulaire et dans certain cas où ni BRG1, ni hBRM, la présence de hSNF5/INI1 seule peut être détectée.

Le cœur actif du complexe SWI/SNF est défini par BAF155, BAF170, hBRM ou BRG1. La partie fonctionnelle du complexe réside dans l’activité ATPase et il semble que BRG1 seule ou hBRM seule soient suffisantes pour déstabiliser les nucléosomes. La présence des autres sous-unités comme INI1, BAF155 et BAF170 potentialise l’efficacité de la déstabilisation induite par BRG1 (Phelan et al., 1999) dans un système reconstitué. L’ajout d’ATP est nécessaire pour initier la réaction mais le déplacement du complexe ADN/nucléosome sous une forme activée persiste lorsque l’ATP ou le complexe SWI/SNF sont enlevés. Une autre question importante est de savoir comment le complexe SWI/SNF est recruté au niveau du promoteur? En effet, il semble exister une spécificité puisque chez la levure par exemple, seulement 6% de tous les gènes ont leur expression contrôlée par ySWI/SNF (Sudarsanam et al., 2000). Apparemment il existerait des activateurs transcriptionnels capables d’interagir avec des composants du complexe SWI/SNF (Armstrong et al., 1998; Fryer and Archer, 1998; Kowenz-Leutz and Leutz, 1999; Lee et al., 1999) permettant son recrutement au niveau du promoteur. En outre, différentes études ont suggéré que le complexe SWI/SNF pourrait être recruté au niveau du promoteur via la machinerie générale de transcription, certaines sous-unités du complexe dont BAF47 ayant été co-purifiées avec l’ARNPII (Cho et al., 1998; Neish et al., 1998; Wilson et al., 1996) (revue dans (Peterson and Workman, 2000; Sudarsanam and Winston, 2000)).

Pour conclure, les données actuelles suggèrent que le complexe SWI/SNF permette d’activer la transcription en modifiant la structure de la chromatine. Des études futures devraient permettre de comprendre comment il est recruté au niveau du promoteur et si les co-activateurs impliqués participent à sa spécificité d’action.

C-2-1-2) Le complexe RSF (remodeling and spacing factor)

Le complexe RSF a initialement été isolé et caractérisé par Reinberg et coll. (LeRoy et al., 1998). Il est constitué par un hétérodimère de 2 polypeptides de 325 et 135 KDa. La purification du complexe par HPLC (high-performance liquid chromatography) a permis de révéler que la petite sous-unité était l’homologue humain de la protéine ISWI de drosophile et un nouveau membre de la super famille des protéines SNF2. Cette protéine a été appelée hSNF2h. L’utilisation d’un système de transcription in vitro où l’ADN est dans un contexte chromatinien leur a permis de montrer que RSF est requis pour activer l’initiation de la transcription, en présence d’ATP et spécifiquement du promoteur. En revanche RSF n’est pas suffisant pour l’élongation. En outre, ils ont montré que RSF possédait une activité d’espacement des nucléosomes (nucleosome-spacing activity) similaire à celle des facteurs ACF et CHRAC de drosophile (LeRoy et al., 1998).

Peu d’études postérieures ont été faites sur la forme humaine du complexe RSF, aussi de nombreuses investigations seraient nécessaires pour affirmer son rôle dans le remodelage de la chromatine requise pour la transcription, notamment in vivo.

C-2-1-3) Le complexe NURD/NuRD/NRD (nucleosome remodeling and deacetylase complex)

Le complexe NRD (ou NuRD) possède 2 activités enzymatiques qui peuvent cibler les histones. L’activité de remodelage de la chromatine dépendante de l’ATP et les activités déacétylases qui ont pour la première fois été proposées pour être couplées, en tout cas chez le Xénope, par Wade et coll. (Wade et al., 1998). L’identification du complexe humain et sa purification ont permis de déterminer la présence de 2 histones déacétylases ou HDACs : HDAC1 et HDAC2, et 2 protéines liant les histones RbAp46/48. De part la présence des HDACs, le complexe NuRD a été pressenti pour avoir un effet négatif sur la transcription, la déacétylation des histones étant associées à une répression. Ce complexe quaternaire (HDAC1/HDAC2/RbAp46/48) est également présent dans un autre complexe appelé Sin3 qui aurait aussi un rôle transcriptionnel répressif (revue dans (Knoepfler and Eisenman, 1999)). L’activité ATPase du complexe NuRD réside dans les protéines CHD3/4 homologues de Mi-2 de Xénope et appartenant à la super famille des protéines SNF2. Cette activité est requise pour la fonction déacétylase du complexe (revue dans (Tyler and Kadonaga, 1999)). L’implication d’un tel complexe et de ses 2 activités enzymatiques, dirigées vers les histones, dans la régulation de l’activité transcriptionnelle permet de souligner l’importance de la chromatine et de l’effet de sa structure sur la transcription.

L’ensemble des données actuelles porte à croire que les complexes de remodelage de la chromatine jouent un rôle important dans la régulation transcriptionnelle du processus d’expression de certains gènes. Leur fonction essentielle est, en présence d’ATP, de rendre plus accessible les régions ADN importantes pour la transcription (revue dans (Vignali et al., 2000)). Les études sont encore récentes et les expériences futures devraient permettre d’élucider notamment le mécanisme d’action et de recrutement de ces complexes au niveau des promoteurs.

C-2-2) Les histones acétyltransférases

L’hyperacétylation des lysines des parties amino-terminales des histones est un phénomène qui est étroitement corrélé avec l’activation de la transcription (Figure 8).

Cette modification post-traductionnelle est engendrée par des activités histones acétyltransférases (HATs) qui permettent le transfert d’un groupe acétyl sur des lysines spécifiques modifiant ainsi la charge présente (Figure 10). Plusieurs mécanismes ont été proposés pour expliquer comment l’acétylation des histones pouvait faciliter la transcription. Tout d’abord, des analyses in vitro ont montré que l’acétylation des histones permettait aux facteurs de transcription d’accéder plus facilement à l’ADN. Des expériences réalisées avec des enzymes de restriction le suggèrent également. Une des possibilités est que la réduction de la charge positive sur la partie acétylée de l’histone entraîne une stabilité plus faible d’interaction avec l’ADN. Ensuite, il semble que l’acétylation des histones diminue la compaction des nucléosomes en détruisant les interactions entre les nucléosomes qui se font par l’intermédiaire de la queue des histones. Enfin, la spécificité d’acétylation de certaines lysines pourraient permettre le recrutement de co-facteurs additionnels intervenant dans l’activation de la transcription, notamment ceux possédant un bromo-domaine, l’acétylation créant un site spécifique d’interaction pour ce type de motif (revue dans (Narlikar et al., 2002)). De façon particulièrement intéressante, la lysine 12 de l’histone H4, chez la levure, est préférentiellement acétylée au niveau de l’hétéchromatine transcriptionnellement silencieuse (Braunstein et al., 1996) et Rpd3, une histone déacétylase, a pour effet de contrebalancer ce signal (De Rubertis et al., 1996; Vannier et al., 1996). Ces observations sont étonnantes et contrastent avec la corrélation usuelle de lier l’acétylation des histones à l’activation de la transcription. Une des explications possibles de ce paradoxe est que la forme acétylée de la lysine 12 de l’histone H4 soit reconnue par une protéine qui soit impliquée dans la genèse de l’hétérochromatine. Au cours de l’activation de la transcription, la partie d’ADN modifiée par acétylation n’est pas clairement déterminée. En effet, est-ce que ces activités enzymatiques modifient un seul nucléosome ou est-ce que la structure de la chromatine est perturbée sur une large distance? Il est possible que la chromatine soit modifiée au fur et à mesure de l’avancée de la machinerie transcriptionnelle au cours de la transcription et il est aussi envisageable que sur une distance donnée, la chromatine soit déstabilisée permettant ensuite la transcription.

La plupart des histones acétyltransférases ont initialement été décrites comme des co-activateurs transcriptionnels de natures diverses. En effet, TAFII250 est une sous-unité du complexe TFIID et possède une activité HAT (Mizzen et al., 1996) ; p300/CBP, initialement décrit comme co-activateur transcriptionel, a ensuite été caractérisé par son activité HAT (Bannister and Kouzarides, 1996; Ogryzko et al., 1996) . La protéine PCAF (p300/CBP associated factor) possède également ce type d’activité et peut interagir avec p300 (Yang et al., 1996) mais aussi avec ACTR et SRC-1 (Chen et al., 1997; Spencer et al., 1997) d’autres protéines HATs, impliqués dans la régulation de récepteurs nucléaires répondant aux hormones, pour former un complexe multi-HATs. Enfin Gcn5 a été la première HAT identifiée (Brownell et al., 1996), elle est présente chez tous les eucaryotes (revue dans (Struhl, 1998)).

Les HATs sont généralement associées à des complexes qui ont été définis en 2 groupes : les HATs de type A sont nucléaires et responsables de l’acétylation des histones nucléosomales lors de l’activation de la transcription alors que les HATs de type B sont cytoplasmiques et participeraient à l’acétylation des histones nouvellement synthétisées avant l’assemblage de la chromatine pendant la réplication de l’ADN (Kuo and Allis, 1998).

Plusieurs familles de protéines HATs de type A ont été identifiées :

• la super famille des GNAT
• la famille MYST
• p300/CBP
• les co-activateurs des récepteurs nucléaires
• TAFII250

C-2-2-1) La super famille des GNAT

Le premier membre de cette famille à avoir était identifié est Gcn5, présente depuis la levure jusqu’à l’homme. Cette protéine se caractérise par la présence d’un domaine HAT et d’un bromo-domaine. PCAF, d’origine humaine et murine a, quant à elle, été clonée par homologie à Gcn5 et possède les mêmes domaines caractéristiques. Ces 2 protéines sont capables d’interagir avec p300/CBP et acétylent préférentiellement l’histone H3 et plus faiblement l’histone H4. De nombreuses études ont montré leur implication dans la transcription in vivo et in vitro et plus particulièrement l’importance du domaine HAT de ces protéines. Toutefois, le bromo-domaine semble également requis notamment pour permettre les interactions protéines/protéines et probablement le recrutement de ces facteurs au niveau du promoteur. Enfin des études plus récentes ont montré que PCAF comme hGcn5 étaient capables d’acétyler des protéines non-histones impliquées aussi dans la transcription comme la protéine virale Tat, p53, myoD ou TFIIE et TFIIF. Bien que PCAF et hGcn5 semblent extrêmement similaires, elles sont exprimées de façon différentielle dans certains tissus. Aussi, des études postérieures devraient permettre de déterminer si leur fonction est redondante ou distincte (revue dans (Narlikar et al., 2002; Sterner and Berger, 2000)).

C-2-2-2) La famille MYST

Actuellement, 4 protéines humaines de cette famille sont connues. La première, Tip60 a été identifiée par double hybride comme interagissant avec la protéine Tat. Cette interaction inhiberait l’activité HAT de Tip60 entraînant la répression du gène codant pour une dismutase dépendante de magnésium suggérant que Tip60, dans des conditions normales, soit capable d’activer des gènes probablement via l’acétylation des histones. MOZ et MORF sont 2 autres protéines de la famille MYST qui interviennent aussi dans des pathologies de type leucémie mais leur rôle dans la transcription demeure encore incertain. Concernant HBO1, son activité HAT n’a été démontrée qu’in vitro et sa fonction demeure encore obscure. Toutefois, l’ensemble des protéines de cette famille semble acétyler préférentiellement l’histone H4, ce qui a été montré notamment pour Tip60 et MORF mais aussi pour des protéines d’origine non-humaine (revue dans (Sterner and Berger, 2000)) suggérant un rôle des protéines de la famille MYST dans l’activation de la transcription.

C-2-2-3) p300/CBP

p300 et CBP sont souvent considérées comme une seule entité car elles sont structurellement et fonctionnellement homologues. Ces 2 protéines sont des co-activateurs de la transcription. Elles sont capables d’activer l’expression spécifique de certains gènes en interagissant avec des co-facteurs comme CREB, c-Fos, c-Jun et c-Myc mais aussi d’autres protéines HATs comme PCAF et les co-activateurs des récepteurs nucléaires. Structurellement p300/CBP possède 4 domaines d’interaction, un bromo-domaine et un domaine HAT. Contrairement à d’autres HATs, elle acétyle les 4 histones avec peu de spécificité aussi bien dans un contexte de nucléosome que d’histones libres. Enfin, tout comme PCAF, p300/CBP est capable aussi d’acétyler des protéines non-histones d’origines diverses. Cette protéine atypique a son activité HAT qui est régulée par des partenaires avec lesquels elle interagit, ce qui concorde avec sa fonction de co-activateur général dans la transcription (revue dans (Sterner and Berger, 2000)).

C-2-2-4) Les co-activateurs des récepteurs nucléaires

Les 2 principaux membres de cette famille sont SRC-1 et ACTR. Ces protéines se caractérisent par un domaine HAT localisé dans la partie carboxy-terminale de la protéine et un domaine de liaison aux récepteurs. Par ailleurs, un troisième membre putatif appelé TIF2 a été identifié mais son activité HAT n’a pas été démontrée. Ces 3 protéines interagissent avec p300/CBP et deux avec PCAF. De plus, récemment Tip60 a été montrée comme co-activateur de ces récepteurs aux hormones suggérant un rôle important de l’acétylation dans la régulation de la transcription en réponse aux hormones (revue dans (Sterner and Berger, 2000)).

C-2-2-5) TAFII250

TAFII250 est une sous-unité de TFIID qui joue un rôle important dans l’assemblage du complexe de pré-initiation. Cette protéine possède un domaine HAT et un bromo-domaine dont la présence n’est pas requise pour l’activité HAT. Son rôle dans la transcription interviendrait essentiellement au niveau de l’initiation puisqu’il a été suggéré que TAFII250 acétylerait les histones présentes au niveau de la boîte TATA permettant ainsi à TPB de se fixer. Toutefois même au niveau des gènes dont la région régulatrice est dépourvue de boîte TATA, l’activité HAT de TAFII250 serait requise pour la transcription. Enfin, la spécificité du mécanisme demeure encore inconnue (revue dans (Sterner and Berger, 2000)).

C-2-2-6) Les complexes HATs

Il est maintenant bien établi que ces activités HATs sont regroupées sous la forme de complexe. L’environnement de la protéine portant l’activité HAT semble important puisque pour PCAF par exemple, lorsqu’elle est associée à son complexe, contenant 20 polypeptides, le niveau d’acétylation est plus important (Ogryzko et al., 1998) ce qui peut-être dû aussi à la présence d’activités HATs supplémentaires associées au complexe mais non identifiées. Alors que de nombreuses protéines associées à TBP (TAFs) sont présentes dans le complexe, suggérant un lien direct avec la transcription, la protéine p300/CBP n’a pas été trouvée associée au complexe PCAF suggérant un rôle distinct de cette protéine.   En outre, la purification du complexe Tip60 a aussi permis de montrer que les protéines du complexe étaient des éléments importants pour l’activité HAT puisque alors que Tip60 recombinant est capable d’acétyler uniquement des histones libres, le complexe Tip60 acétyle les histones dans le contexte de nucléosome, donc dans des conditions de substrat natif. De plus, la purification du complexe Tip60 a permis, notamment, l’identification de nouvelles fonctions avec l’implication de Tip60 dans la réparation de l’ADN (Ikura et al., 2000). Enfin ces complexes HATs possèdent des sous-unités communes comme TRRAP, protéine régulatrice de la famille des protéines ATM requise pour la transcription de certains gènes oncogènes et la régulation de facteurs de transcription comme p53 (Ard et al., 2002).

Les HATs et les complexes responsables du remodelage de la chromatine participent de façon évidente et en synergie à l’activation de la transcription. Il existe vraisemblablement des spécificités d’action déterminées par les partenaires avec lesquels la protéine active interagit. Les années futures devraient permettre de déterminer plus spécialement quelles sont ces spécificités et à quel moment ces protéines interviennent. Enfin, il semble exister une corrélation entre le recrutement des facteurs de transcription capables d’interagir avec l’ADN et l’augmentation de l’association des HATs au niveau du promoteur indiquant l’existence de modifications sous la forme de cascades. En fait la modification des histones affecte directement la chromatine mais ces modifications présentes en des endroits spécifiques peuvent favoriser l’interaction d’autres protéines. Aussi, l’hypothèse du "code histone" a émergé pour essayer de comprendre ces observations.

C-3) La notion du "code histone"

La notion du "code histone" est un concept récent qui permettrait de comprendre comment l’ensemble des modifications de la chromatine contribue à la régulation de l’expression des gènes. En effet, l’acétylation n’est pas la seule modification post-traductionnelle des histones impliquée dans la régulation transcriptionnelle et il semblerait que ces modifications de la chromatine s’opèrent selon un certain ordre déterminant ainsi le "code histone".

Les différents et plus fréquents types de modification des histones sont (Figure 9) :

• l’acétylation de lysine
• la méthylation de lysine et d’arginine
• la phosphorylation de sérine
• l’ubiquitination de lysine

Il existerait une combinaison de modifications qui entraînerait l’activation ou la répression de l’expression de gènes. Par exemple, la phosphorylation de la sérine 10 permettrait l’acétylation de la lysine 14 de l’histone H3 permettant l’activation des gènes. Une autre combinaison activatrice a été décrite : la méthylation de l’arginine 3 potentialiserait l’acétylation, par p300, de la lysine 8 et 12 de l’histone H4 entraînant une facilitation de l’activation de la transcription par les récepteurs nucléaires aux hormones. En revanche, il   a été décrit qu’une déacétylation de la lysine 14 de l’histone H3 précédant la méthylation de la lysine 9 aurait une effet inhibiteur sur la transcription (revue dans (Berger, 2002)). Enfin très récemment il a été montré par Allis et coll. que, chez la levure, Rad6, une enzyme permettant le transfert de l’ubiquitine, servait de médiateur à la méthylation de la lysine 4 de l’histone H3 en permettant l’ubiquitination de la lysine 123 de l’histone H2B. L’utilisation de mutants a permis de vérifier que ce schéma était unidirectionnel et de montrer l’importance de ces modifications dans la répression de la transcription (Sun and Allis, 2002).

Des études restent à faire pour déterminer une ou des séquence(s) de modifications spécifiques aboutissant à l’activation ou la répression de la transcription et/ou si ces modifications sont spécifiques du gène et/ou du promoteur. En outre, de même que pour les facteurs de remodelage de la chromatine du type complexe SWI/SNF et HAT, il semble important d’arriver à déterminer par quel type de facteur et comment les enzymes de modifications sont recrutées au niveau du promoteur et quelles sont leurs spécificités.

Il est maintenant clairement admis que la chromatine est un élément essentiel dans la régulation de la transcription et ne peut-être considérée comme le simple support porteur de l’information génétique. Sa structure est étroitement régulée et modulée au cours de la transcription. L’ensemble des modifications post-traductionnelles existantes est utilisé pour permettre la régulation structurale mais aussi le recrutement de nouveaux facteurs qui vont agir en synergie pour conduire la cellule à exprimer/réprimer certains gènes.

D) Régulation des facteurs de transcription par modifications post-traductionnelles

Comme mentionné précédemment, les modifications post-traductionnelles n’affectent pas que les histones mais ont été décrites également au niveau des protéines non-histones et plus particulièrement pour les facteurs de transcription.

D-1) Généralités

Depuis quelques années, de nombreuses études biochimiques ont montré que les facteurs de transcription eux-mêmes étaient modifiés post-traductionnellement par phosphorylation, acétylation, méthylation, ubiquitination, ADP-ribosylation etc … Comme pour les histones, ces modifications ont lieu sur certains résidus, elles sont catalysées par des enzymes spécifiques, souvent les mêmes que pour les histones et elles sont réversibles. L’exemple le plus décrit dans la littérature est p53, facteur de transcription suppresseur de tumeurs, dont l’activité est régulée par phosphorylation, acétylation et ubiquitination. En effet de telles modifications entraînent souvent de nouveaux sites de liaison pour d’autres facteurs régulateurs qui vont agir soit en modifiant directement la stabilité de la protéine, soit en régulant l’activité d’autres facteurs associés ou en modulant les interactions entre le facteur de transcription et ses partenaires, comme c’est le cas pour p53. Enfin les données concernant p53 suggèrent qu’il existerait un réseau de régulation entre ces différentes modifications, la phosphorylation dans la partie N-terminale permettant l’interaction avec des HATs qui acétyleraient la partie C-terminale de la protéine (revue dans (Meek, 1999)).

La phosphorylation est de loin la modification la plus étudiée, mais parmi l’ensemble des modifications étant impliquées dans la transcription, 2 suscitent actuellement beaucoup d’intérêt et apparaissent comme des éléments régulateurs de la transcription à part entière. Il s’agit de l’acétylation qui initialement étaient associée à la modification des histones et l’ubiquitination. Cette dernière, connue depuis longtemps, était auparavant considérée uniquement comme un marqueur de dégradation des protéines par le protéasome. Cependant depuis environ 3 ans, différentes études suggèrent que l’ubiquitination pourrait être aussi un moyen pour le substrat de réguler son efficacité d’action, notamment pour les facteurs de transcription (revue dans (Conaway et al., 2002; Thomas and Tyers, 2000)).

D-2) L’acétylation

D-2-1) Mécanismes et enzymes associées

L’acétylation est le transfert d’un groupement acétyl (CH3-CO-) depuis l’acétyl-Coenzyme A vers un groupe e-amine de certaine lysine (Figure 10).

Cette réaction est catalysée par des enzymes possédant un domaine HAT, comme décrit précédemment. Il ne semble pas exister de spécificité de substrat pour ces enzymes qui semblent capables d’acétyler des protéines histones ou non-histones indifféremment. En revanche, il a été montré que certains facteurs de transcription, notamment d’origine virale, pouvaient moduler la spécificité d’action des HATs sur les protéines histones ou non-histones (Chan et al., 2001; Col et al., 2002; Li et al., 1999).

D-2-2) Substrats et fonction de l’acétylation

La plupart des substrats d’acétylation identifiés sont des facteurs impliqués dans la régulation de la transcription. Sont inclus entre autre p53, E2F1, la sous-unité b du complexe TFIIE, TFIIF (revue dans (Kouzarides, 2000)) et la protéine trans-activatrice Tat d’origine virale (Col et al., 2001; Deng et al., 2000; Kiernan et al., 1999; Ott et al., 1999). En outre d’autres protéines non impliquées dans la transcription comme l’importine a, protéine de la famille des facteurs d’import nucléaire (Bannister et al., 2000)  et même des protéines cytoplasmiques comme la tubuline (L'Hernault and Rosenbaum, 1985) sont aussi modifiées par acétylation. Enfin certaines HATs elle-mêmes sont capables de s’auto-acétyler comme PCAF mais ce n’est pas une généralité, hGcn5 n’étant pas modifiée par acétylation (Herrera et al., 1997).

Concernant les facteurs de transcription, le site d’acétylation est souvent localisé à proximité du site de liaison à l’ADN, permettant ainsi lors de l’acétylation de la protéine une augmentation de l’affinité du facteur pour l’ADN. En effet, l’acétylation de p53 par p300 augmente considérablement l’affinité du facteur de transcription pour l’ADN (Gu and Roeder, 1997). Ces résultats ont par la suite été confirmés par Sakaguchi et coll. qui ont également montré par des analyses de liaisons entre la séquence de fixation de p53 et p53,   préalablement incubé ou pas avec des formes recombinantes de PCAF et/ou p300, une augmentation de l’affinité de p53 pour son site de liaison suggérant ainsi que les formes acétylées de p53 sont plus affines pour l’ADN que p53 non modifié (Sakaguchi et al., 1998). Toutefois ces résultats ont été controversés par Espinosa et Emerson qui ont montré que l’acétylation de p53 par p300 stimulait sa capacité de liaison à de courts oligonucléotides contenant le site de liaison de p53 au niveau du promoteur de p21, par contre aucun effet n’a été observé lorsqu’un plus grand fragment d’ADN a été utilisé (Espinosa and Emerson, 2001). Enfin des analyses faites avec des mutants de p53 au niveau des cibles d’acétylation par ChIP ont montré que les mutants liés aussi bien le promoteur de p21 que p53 sauvage (Barlev et al., 2001) suggérant ainsi que l’acétylation de p53 n’a pas d’effet particulier sur la capacité de p53 à se lier à l’ADN (revue dans (Prives and Manley, 2001)). Des résultats plus clairs ont été obtenus pour c-myb qui est acétylé in vitro et in vivo par p300. L’acétylation est corrélée à une augmentation de la liaison de c-myb à l’ADN in vitro et la transfection de p300 entraîne une augmentation de l’activation de la transcription dépendante de c-myb à partir de 2 promoteurs in vivo (Tomita et al., 2000). Dans ce dernier exemple, il est impossible de savoir si l’effet observé dépend de l’activité de p300 sur c-myb, la chromatine ou les deux. Des données contradictoires ont aussi été obtenues concernant le facteur de transcription majeur de la lignée hématopoïétique : GATA-1. Alors que Boyes et coll. avaient initialement montré que la forme de GATA-1 acétylée in vitro liait mieux l’ADN (Boyes et al., 1998), Hung et coll. ont par la suite souligné que la présence d’acétyl-CoA ne modifiait pas l’affinité du facteur de transcription à sa cible suggérant que les formes acétylées de GATA-1 n’étaient pas plus affines pour l’ADN (Hung et al., 1999). Cette différence de résultats peut-être due, comme cela est décrit pour p53 ci-dessus, à l’utilisation de techniques différentes.

En outre, l’acétylation peut aussi moduler les interactions protéines/protéines. Il existe plusieurs exemples dans la littérature dont celui du HMGI(Y). Les travaux effectués par Thanos et coll. montrent que l’acétylation de HMGI(Y) par PCAF au niveau de la lysine 71 augmente l’affinité de HMGI(Y) avec ses activateurs ATF2, p50 et p65 permettant une stabilisation de l’enhanceosome et l’activation de la transcription. En revanche l’acétylation par p300 au niveau de la lysine 65 déstabilise l’enhanceosome. Par contre cette acétylation est diminuée quand la lysine 71 est acétylée. Les auteurs proposent que l’acétylation par p300 serait en étroite corrélation avec la déacétylation de la lysine 71 et donc la déstabilisation de l’enhanceosome, suggérant ainsi que la transcription du gène de l’interféron-b dépendrait de l’ordre d’acétylation de HMGI(Y)   (Munshi et al., 2001; Munshi et al., 1998).

De telles modifications créent aussi de nouveaux sites de reconnaissance et de liaison et plus particulièrement dans le cas de l’acétylation, qui permet aux protéines possédant un bromo-domaine d’interagir avec la partie acétylée de la protéine (Mujtaba et al., 2002; Zeng and Zhou, 2002) (revue dans (Nakatani, 2002)).

Enfin l’acétylation semble aussi avoir un effet sur la stabilité des protéines. En effet, des analyses par Western Blot ont montré qu’en présence de PCAF mais pas de PCAF ayant le domaine HAT tronqué, E2F1 est plus exprimée, suggérant qu’in vivo la forme acétylée de E2F1 ait une demi-vie plus longue que la forme non-acétylée. Ces résultats ont été appuyés par des analyses en marquage/chasse montrant que la demi-vie initiale d’E2F1, définie à moins de 3 heures, devenait supérieure à 6 heures en présence de PCAF. Par contre, l’utilisation d’un mutant d’E2F1, où les lysines cibles sont mutées en arginines, n’a pas sa demi-vie changée par la présence de PCAF en comparaison à la forme sauvage d’E2F1 suggérant bien que l’acétylation par PCAF de ce facteur de transcription influencerait sa stabilité (Martinez-Balbas et al., 2000). Toutefois, il est difficile de savoir si l’effet observé est direct ou résulte du recrutement ou de la dissociation de facteurs impliqués dans la dégradation de la protéine (revue dans (Kouzarides, 2000; Sterner and Berger, 2000)).

Compte tenu du nombre important de facteurs acétylés d’origine non-histone, il semble qu’il serait peut-être temps d’ôter le préfixe histone. D’ailleurs, en fonction du substrat, ces enzymes sont appelées HATs lorsqu’il s’agit d’histones et de FATs (factor acétyltransferase) pour les autres protéines. Il existe maintenant de nombreuses évidences qui montrent clairement que l’acétylation est une modification post-traductionnelle extrêmement importante dans la régulation transcriptionnelle de l’expression des gènes et dans d’autres processus cellulaires.

D-3) L’ubiquitination

D-3-1) Mécanismes et enzymes associées

L’ubiquitine est une petite protéine de 76 acides aminés extrêmement conservée qui a initialement été découverte comme une étiquette macromoléculaire qui s’attache de façon covalente à certaines protéines les marquant ainsi pour qu’elles soient reconnues et dégradées par le protéasome (revue dans (Pickart, 2001)). Une chaîne de molécules d’ubiquitine est conjuguée à des lysines spécifiques de la protéine cible par l’intermédiaire d’une cascade multi-enzymatique. La première étape consiste en la liaison de la partie carboxy-terminale de l’ubiquitine à un site actif de cystéine de l’enzyme E1 à travers une liaison thioester. Cette enzyme E1 catalyse l’activation et la liaison en présence d’ATP. La seconde étape fait intervenir une autre enzyme appelée E2 qui permet le transfert de l’ubiquitine de E1 sur E2 et/ou sur le substrat. Enfin une ubiquitine-ligase ou E3 pourrait permettre soit le rapprochement du substrat, soit la liaison covalente de l’ubiquitine sur le groupe e-amine de certaines lysines des substrats (Figure 11). La protéine ubiquitinée peut être modifiée par l’ajout de plusieurs groupes d’ubiquitine créant ainsi une chaîne de longueur variable. L’ajout de 4 protéines d’ubiquitine permettrait la formation d’une structure qui serait reconnue par le protéasome. (revue dans (Pickart, 2001)).

Les 2 principales familles de facteurs E3 identifiés sont : les E3s de la famille des protéines avec un domaine HECT ( homologous to E6-AP carboxy terminus) et celles des protéines avec un domaine RING (really interesting new gene).

D-3-1-1) Les protéines HECT

Les protéines de la famille HECT ont été identifiées à partir d’études sur la dégradation conditionnelle de p53. Quand les cellules sont infectées par une forme oncogénique du papillomavirus humain (HPV), p53 est dégradée sélectivement par le protéasome, en fonction du produit du gène E6 du virus et d’une protéine cellulaire associée dont l’ensemble s’appelle E6/E6-AP. Cette protéine comporte dans sa partie carboxy-terminale un domaine HECT avec une cystéine extrêmement conservée qui est requise pour l’ubiquitination car elle sert de support pour la formation de la liaison thioester avec l’ubiquitine. En revanche la partie amino-terminale qui intervient pour l’interaction avec le substrat est spécifique de chaque protéine. Il existerait apparemment un certain nombre potentiel de protéines HECTs, la plupart de ces enzymes ne serait pas encore caractérisée.

D-3-1-2) Les protéines RING

Le domaine RING est caractérisé par un enchaînement spécifique d’histidine et de cystéine permettant de coordonner 2 atomes de zinc (Figure 12).

Il semblerait exister un grand nombre de protéines possédant ce type de domaine. Cependant, s’il est vrai que toutes les E3s qui n’ont pas de domaine HECT ont un domaine RING ou un domaine RING dégénéré, toutes les protéines RING ne sont pas connues pour être des E3s. Ces protéines peuvent agir seule ou sous la forme d’un complexe multiprotéique.

D-3-1-2-1) Les protéines RING non-complexées

Les 2 protéines possédant un domaine RING et capables d’agir sous une forme monomérique les plus décrites dans la littérature sont c-Cbl et MDM2, encore appelée Hdm2 pour la forme humaine. La première est responsable de l’ubiquitination des récepteurs aux protéines kinases EGF (epidermal growth factor) et PDGF (platelet-derived growth factor) et MDM2 a initialement été identifié pour réguler le niveau cellulaire de p53 (Haupt et al., 1997; Honda et al., 1997; Kubbutat et al., 1997). Des mutations dans le domaine RING de ces enzymes entraînent une absence d’activité sur leur substrat. Par ailleurs elles sont capables de s’auto-ubiquitiner et elles sont également post-traductionnellement modifiées notamment par phosphorylation et sumoylation ce qui régule leur activité et leur capacité d’interaction à leur cible. Concernant MDM2 qui régule le facteur de transcription p53, de plus en plus de substrats ont été identifiés incluant Tip60 (Legube et al., 2002), facteur associé à la protéine virale Tat. En outre MDM2 interagit avec de nombreuses protéines cellulaires et notamment des facteurs impliqués dans la transcription comme TAFII250, p300, Sp1 (revue dans (Daujat et al., 2001)) suggérant un rôle important dans ce processus bien que les mécanismes exacts ne soient par encore parfaitement connus. Enfin, de façon surprenante, alors que MDM2 interagit avec E2F1 (Martin et al., 1995) et qu’E2F1 est ubiquitiné et dégradée (Campanero and Flemington, 1997), il n’a jamais été montré que MDM2 était responsable de l’ubiquitination d’E2F1. Ces données laissent penser qu’il pourrait exister une importante spécificité d’action qui ne serait pas seulement déterminée par sa capacité d’interaction.

D-3-1-2-2) Les protéines RING complexées

Certaines des protéines RING, clairement identifiées comme des E3s, agissent en association avec d’autres partenaires. Trois types de complexes, de nature différente, ont été identifiés.

• Les complexes SCF (Skp1-Cullin-F-box protein)
• Le complexe APC (anaphase-promoting complex)
• Le complexe VCB (von Hippel-Lindau (VHL) Elongin B Elongin C ubiquitin ligase)

La spécificité des complexes SCF est déterminée par la nature de la protéine F-box dont il plusieurs formes. Les F-box, de nature humaine, les plus étudiées sont : hCdc4,   Skp2 et b-TrCP. Il semblerait que le substrat doit être phosphorylé pour être reconnu par la protéine F-box. La protéine F-box se lie à l’enzyme E2 via une interaction avec Skp1 lui-même lié à la culline 1 qui sont des composants invariants du complexe (Figure 13).

Le complexe APC est surtout impliqué dans l’ubiquitination des facteurs du cycle cellulaire permettant le passage des cellules de la métaphase à l’anaphase. Ce complexe est constitué par 11 sous-unités chez l’homme mais leurs rôles ne sont pas très bien caractérisés. Deux types de signal de destruction ont été déterminés au niveau des différents substrats : la D-box et la KEN-box définissant ainsi la spécificité d’action du complexe.

Enfin, le complexe VBC est quant à lui au point de vue structurel extrêmement similaire au complexe SCF (Figure 13). La spécificité de reconnaissance du substrat est déterminée par une famille de protéines supresseurs de la signalisation des cytokines ou protéines SOCS-box encore appelés VHL. La liaison à l’enzyme E2 se fait par l’intermédiaire des Elongin B et C qui interagissent avec la culline 2.

En conclusion, il existe plusieurs protéines capables d’ubiquitination ce qui pourrait créer une spécificité d’action. Par ailleurs, les analyses de banque de données suggèrent qu’il existe encore des centaines de protéines possédant un des domaines actifs mais dont le rôle n’a pas encore été identifié. Ainsi, même si l’on sait déjà qu’à chacune ubiquitine-ligase n’est pas associé un seul substrat comme c’est le cas pour MDM2 ou b-TrCP, on peut penser qu’il existe toutefois une certaine spécificité qui pourrait être déterminer par la catégorie du substrat (facteur de transcription, protéines du cycle cellulaire ect …) ou par l’état du substrat (phosphorylé,   sumoylé ect …).

D-3-2) Substrats et fonctions de l’ubiquitination

L’ubiquitination est traditionnellement associée à la dégradation des protéines et de nombreuses autres études soulignent ou suggèrent également son rôle dans d’autres fonctions telles que l’endocytose, le remodelage de la chromatine ou encore la réparation de l’ADN (revue dans (Marx, 2002)). La découverte de substrats impliqués dans la transcription à inciter des recherches plus approfondies quant au rôle de l’ubiquitination dans le contrôle transcriptionnel de l’expression des gènes. Généralement, les facteurs de transcription sont des protéines instables, ce qui n’est pas contradictoire avec leur activité puisqu’une certaine instabilité pourrait permettre un contrôle plus étroit de leur renouvellement en fonction de l’état cellulaire ou plus simplement, ce mécanisme suicide pourrait être utilisé pour atténuer le signal transcriptionnel après l’activation (revue dans (Thomas and Tyers, 2000)). Dans certains cas, l’ubiquitination permet d’activer les facteurs de transcription par l’activité protéolytique comme cela a été décrit pour NF-kB (Palombella et al., 1994). En outre, chez la levure, il a été montré que l’ubiquitination pouvait être importante pour la transcription mais indépendamment de l’activité protéolytique. En effet, en absence de Met30, une protéine F-box, le facteur de transcription chimérique LexA-VP16, composé par la fusion du domaine de liaison à l’ADN de LexA et le domaine d’activation de VP16, n’est non seulement plus capable d’être ubiquitiné mais aussi d’activer la transcription suggérant que l’ubiquitination est requise pour l’activité transcriptionnelle de la chimère (Salghetti et al., 2001). Une expérience de ChIP montre pourtant qu’en absence de Met30, le facteur LexA-VP16 interagit efficacement avec le promoteur. En accord avec leur interprétation, la fusion d’une molécule d’ubiquitine à LexA-VP16 permet de rétablir son activité en absence de Met30 sans pour autant affecter la demi-vie du facteur de transcription suggérant que l’ubiquitination de LexA-VP16 par Met30 ne soit pas un signal pour sa destruction mais une modification requise pour sa fonction en tant qu’activateur. Toutefois, dans leur système, Met30 entraîne la dégradation de LexA-VP16 ce qui suggère que la destruction de l’activateur par le protéasome soit une conséquence naturelle de l’ubiquitination. Aussi, l’ubiquitination lierait l’activité des facteurs de transcription à leur destruction. Les formes non-ubiquitinées des activateurs seraient donc stables et inactives et leur ubiquitination permettrait l’activation et la destruction. D’ailleurs, une étude faite par la même équipe, sur plusieurs facteurs de transcription instables, révèle que la région ubiquitinée correspond à celle qui est requise pour l’activation de la transcription (Salghetti et al., 2000) et cette idée avait déjà été proposée ultérieurement par Molinari et coll. qui suggéraient un couplage fonctionnel entre activation et dégradation (Molinari et al., 1999). Ces observations sont édifiées sur le système expérimental de fusion d’un domaine d’activation transcriptionnelle à GAL4. Ces constructions sont transfectées dans des cellules qui expriment stablement un gène rapporteur sous le contrôle d’un promoteur contenant 5 sites de liaisons à GAL4. De façon systématique, ils observent une parfaite corrélation inverse entre la capacité d’activation de leur chimère et leur niveau d’expression cellulaire, quantifié par Werstern Blot. En revanche, ils montrent que la quantité d’ARN est inchangée d’un activateur à l’autre confirmant ainsi que les différents niveaux d’expression ne sont pas dus à un défaut de synthèse. Des analyses en marquage/chasse montrent bien que les chimères les plus efficaces sont les plus vites dégradées, par contre elles sont stabilisées par l’utilisation d’inhibiteurs spécifiques du protéasome suggérant une étroite corrélation entre l’activation de la transcription et la dégradation de l’activateur par la voie de l’ubiquitine/protéasome. En outre, par des expériences de liaison à l’ADN, ils montrent que l’activateur le plus efficace lie mieux l’ADN mais ce uniquement en présence d’inhibiteur de protéasome, le niveau de la protéine dans les cellules non traitées étant inférieur au seuil de détection. Ces résultats suggèrent donc que le complexe formé par l’activateur et l’ADN est reconnu et dégradé par le protéasome plus efficacement qu’un activateur qui ne se lie pas peut-être parce que la formation d’un complexe crée un structure instable. Bien que cette étude n’apporte pas la preuve que l’ubiquitination des facteurs de transcription est essentielle à leur activation, elle suggère que leur dégradation par le protéasome est corrélée à leur activité. Cependant, à ce jour, il n’a jamais été montré que les formes ubiquitinées des facteurs de transcription étaient recrutées au niveau du promoteur ni que ces facteurs étaient capables de recruter les composants de la machinerie cellulaire d’ubiquitination. Toutefois le complexe du protéasome et plus particulièrement la sous-unité 19S est capable d’activer l’élongation de la transcription par l’ARNPII in vitro et des analyses de ChIP ont montré que le complexe était présent au niveau d’un promoteur activé (revue dans (Conaway et al., 2002)). L’ensemble de ces observations suggère que le signal initiant l’ubiquitination des facteurs de transcription provienne de la machinerie de transcription de l’ARNPII et que les E3s responsables de l’ubiquination pourraient être des composants de la machinerie transcriptionnelle.

L’implication de l’ubiquitination dans la régulation de la transcription par l’ARNPII fait actuellement l’objet d’intensives recherches. L’ubiquitine ne serait pas seule à intervenir mais l’ensemble des complexes et les différents aspects de ce processus seraient impliqués. Enfin les investigations futures devraient permettre d’éclaircir le rôle de l’ubiquitine dans l’activation et la destruction des facteurs de transcription, rôle qui pourrait être fondamental voir un mécanisme général des processus d’activation et de répression de la transcription par l’ARNPII.

L’ensemble des modifications post-traductionnelles des facteurs de transcription est un élément important de la régulation transcriptionnelle. En effet, grand nombre d’entre eux sont acétylés permettant essentiellement de moduler leur interaction protéine/protéine. La phosphorylation aussi est une modification importante, elle semble étroitement corrélée avec l’ubiquitination, certains substrats devant être phosphorylés pour être reconnus par l’E3. L’ensemble des résultats suggère que comme pour les histones il existe un code qui permettrait de réguler l’activité des facteurs de transcription. Des données manquent pour l’affirmer clairement et établir un mécanisme général mais la dynamique des modifications, les multiples interactions entre les enzymes impliquées suggèrent qu’il doit exister une certaine hiérarchie afin d’obtenir un message parfaitement clair permettant un contrôle et une activité optimale de la transcription.

La transcription est un mécanisme extrêmement régulé et complexe. Le nombre de facteurs intervenant dans ce processus est considérable. Les différentes études réalisées ont permis de comprendre certains processus de façon plus ou moins complète. La régulation est effectuée à chaque étape et fait intervenir des complexes protéiques pour le contrôle des étapes d’initiation et d’élongation, pour remodeler la chromatine et enfin pour moduler l’activité des facteurs de transcription.

E) Références bibliographiques

Ce chapitre est issu de la THESE de Doctorat de Vanessa Bres, 25 Novembre 2002, Université Montpellier II
"Etude des modifications post-traductionnelles de la protéine TAT du virus de l'immunodéficience humaine de type-1 : rôle dans la régulation de son activité transcriptionnelle"
Directeur de Thèse : Monsef Benkirane, IGH, UPR CNRS 1142
© Copyright Université Montpellier II 2002