Régulation de la transcription

Transcription

1 Régulation de la transcription - Fixation de facteurs spécifiques sur l ADN - Méthylation de l ADN - Structure de la chromatine - Localisation nucléaire

2 Activation de la transcription Démethylation de l ADN Ouverture de la chromatine (acétylation/méthylation des histones) Localisation nucléaire Fixation de facteurs spécifiques sur l ADN Ouverture chromatine Au niveau du promoteur Recrutement et/ou activation du PIC

3 Modèles d interaction enhancers-promoteurs Looping E P Tracking E P Linking E Temps

4 Interaction enhancer-promoteur : indépendante de la distance et de l orientation du promoteur Enh Enh Enh Pb : Séparation des unités transcriptionnelles indépendantes? MAR/SAR : zone d attachement à la matrice nucléaire Organisation structurale des chromosomes

5 Propriétés des isolateurs

6 Identification des isolateurs Expériences de transgenèse Enh Gène rapporteur

7 Expériences de transgenèse Identification des isolateurs Chromatine condensée Enh Gène rapporteur Chromatine «ouverte»

8 Chromosomes polytènes Larves de drosophile Soumises à la chaleur Découverte des isolateurs : specialized chromatin structures puff Udvardy et al, 1985, J. Mol. Biol. Locus 87A ZW5 BEAF Immunodétection de ZW5 sur chromosomes polytènes de larves de drosophile ADN : rouge ZW5 : vert Interaction ZW5 avec SCS Nbreux sites de fixation ZW5 Blanton J et al. Genes Dev. 2003;17:

9 Découverte des isolateurs : specialized chromatin structures Expériences de transgenèse Ex scs chez la drosophile E white SCS

10 Examples d isolateurs chez la drosophile Rétrotransposon gypsy

11 Colocalisation de Su(Hw) et Mod(mdg4) sur de nombreux sites

12 Examples d isolateurs chez la drosophile Au locus Abd-B Lin Q et al. PNAS 2007;104:

13 Isolateurs chez la drosophile - 5 isolateurs différents caractérisés par leurs facteurs trans: - Su(Hw) (gypsy) - BEAF (boundary associated factor) (scs ) - Zw5 (Zeste white 5) (scs) - GAF (GAGA factor) (Abd-B, Fab7) - dctcf (Abd-B, Fab8) DNA binding proteins - CP190 (centrosomal protein 190) Protéine du centrosome interagissant avec les microtubules CP190 composant de l isolateur gypsy (Corces, Mol cell, 2004) CP190 interagit avec dctcf (2007) CP190 Facteurs trans isolateur Séquence Cis

14 ChIP-seq

15 Genome-wide localization of insulator proteins in drosophila genome. Bushey A M et al. Genes Dev. 2009;23: Colocalisation CP190 avec BEAF(1678/2531) 66% Su(Hw) (1365/3403) 40% dctcf (1394/2251) 62% Deux familles d isolateurs BEAF et dctcf : proximité TTS associés à des gènes transcrits Su(Hw) : régions intergéniques associés à des gènes transcrits et non transcrits

16 The role of CP190 insulators in chromatin organization. Bushey A M et al. Genes Dev. 2009;23: Modèle de régulation Su(Hw) and dctcf may primary level of chromatin organization. BEAF and dctcf could then fine-tune this organization around highly expressed genes (yellow arrows). The interactions between insulator proteinbinding sites may be facilitated by CP190.

17 Isolateurs chez les vertébrés Felsenfeld, 1993, Cell : identification 1 ier isolateur vertébré : 5 chs4 et hhs5 du locus β-globine

18 Isolateurs chez les vertébrés Felsenfeld, 1993, Cell : identification 1 ier isolateur vertébré : 5 chs4 et hhs5 du locus β-globine Isolateurs de vertébrés fonctionnent chez la drosophile

19 Isolateurs chez les vertébrés Identification des facteurs trans de l isolateur chs4 de β-globine Felsenfeld, 1999, Cell : La protéine CTCF est nécessaire pour l activité de blocage des enhancers Felsenfeld, 2004, Mol Cell : USF1 nécessaire pour activité de barrière chromatinienne Felsenfeld, 2010, PloS Genetics : VEZF1 protège contre la méthylation de l ADN 5 HS4 insulator 3 HS insulator Condensed chromatin r β H β A ε FR OR Core 250 bp I II III IV V VEZF1 CTCF VEZF1 USF VEZF1 β/ε enhancer VEZF1 : vascular zinc finger 1 Vascular development USF : upstream stimulatory factor Lipid and glucose homeostasis CTCF : CCCTC-binding factor

20 CTCF bloque interactions enhancer-promoteur I II III IV V enhancer CTCF promoteur I II III IV V + enhancer promoteur Domaine II : enhancer blocking

21 Rôles des différentes protéines interagissant avec chs4 dans sa fonction de barrière chromatinienne Domaine I, III, IV, V : barrière chromatienne Felsenfeld, 2010, PloS Genetics

22 USF1 recrute des histones acétyl et methyl transférase SRC-1 PRMT1 Felsenfeld, 2004, Mol Cell Felsenfeld, 2007 Mol Cell Biol

23 CTCF : principale protéine impliquée dans la fonction des isolateurs CTCF Protéines interagissant avec CTCF et ayant un rôle dans sa fonction d isolateur -nucleophosmin : protéine de l architecture nucléaire -cohesines : interaction des chromatides soeurs -Kaiso : facteur de transcription -ARN polymerase II -Suz12 (appartient groupe polycomb)

24 Mécanismes d action des isolateurs 1 Modèles structuraux : Effet sur la transcription = conséquence de l organisation des chromosomes 2 Modèles transcriptionnels blocage des interactions enhancers-promoteurs

25 Technique : chromosome conformation capture (3C) Identification des régions d ADN qui interagissent dans le noyau

26 Mécanismes d action : Localisation nucléaire Drosophile Interaction de dtopors avec la lamina nucléaire et les protéines isolatrices dtopors : ubiquitin ligase mais pas d ubiquitination des protéines Vertébrés Interaction de CTCF avec la nucleophosmine Drosophila Topoisomerase I-interacting RS protein (dtopors) Corces, Mol Cell Oct 7;20(1): Felsenfeld, Mol Cell. 2004, 13: 291

27 Interchromosomal interaction via CTCF Localisation dans les transcription factories Science Apr 14;312(5771): Trends Genet Dec;22(12): Science Apr 14;312(5771):207-8

28 FISH 3D Localisation nucléaire et transcription factories

29 Mécanismes d action des isolateurs : modèle transcriptionnel RT-PCR ChIP 3C HS2 ε Tracking model Blocage par CTCF Nucleic Acids Res Sep 15;32(16):

30 Mécanismes d action des isolateurs : modèle transcriptionnel 3C looping model Blocage par CTCF Hou C et al. PNAS 2008;105:

31 Régulation de la fonction des isolateurs 1 Inhibition de fixation des facteurs trans 2 Modification post-traductionnelle des facteur trans 3 Complexe interagissant avec les facteur trans Facteurs trans Séquence Cis

32 Inhibition de fixation des facteurs trans Inhibition de fixation de CTCF par méthylation de l ADN Ex de l ICR (Imprinted Control Region) Genomic Imprinting = epigenetic mark leading to allele-specific expression of some mammalian genes (~80) which depends on the allele s parental origin Action of the Imprinting Control Region (ICR) at the mouse Igf2/H19 locus :. The transcriptional insulation by the ICR is maternally inherited Nat Genet Jan;33(1):66-9 Ohlssen, Genes Dev Mar 1;17(5): Ohlssen, Proc Natl Acad Sci U S A Jul 11;103(28):

33 Inhibition de fixation des facteurs trans Inhibition de fixation de CTCF due à la transcription d ARN non codant Ex du locus du lysozyme de poulet - LPS - + LPS + CTCF Bonifer, Mol cell, 2008; 32, 129

34 Bonifer, Mol cell, 2008; 32, 129 Modèle d inhibition de l isolateur au locus du lysozyme

35 Modifications post-traductionnelles de CTCF Poly(ADP-ribosyl)ation de CTCF : indispensable pour activité d isolateur d ICR Ohlssen, Nature Genetics 36, (2004)

36 Modifications post-traductionnelles de CTCF SUMOylation de Su(Hw) et CP190 : activité isolateur effet sur localisation nuclaire pas d effet sur liaison ADN EMBO J May 3;25(9): SUMOylation de CTCF : Effet sur activité isolateur? Mol Cell Biol Feb;29(3):

37 Composition du complexe trans associé à l isolateur Rôle de la cohésine Cohesine : nécessaire à la fct insulateur de CTCF Cohesine effet sur expression génique

38 Modèle d action de la cohésine 3 HS1 Modèle de régulation au locus de la β-globine

39 Composition du complexe trans associé à l isolateur Rôle de la cohésine Modèle de régulation au locus IGF2/H19 PLoS Genet Nov;5(11):e

40 Composition du complexe trans associé à l isolateur Rôle des ARNs Insulateur Droso : Su(Hw) Rm62 : RNA helicase implicated in dsrna silencing, heterochromatin formation and transposon silencing Corces, Nature Genetics 38, (2006) Insulateur vertébré : CTCF? Voir Felsenfeld, Genes Dev Oct 21.