cours DES regulation exp genesT Molina
publicité
Régulation de l’expression des gènes Thierry Jo Molina Service d’anatomie pathologique Hôtel-Dieu, AP-HP Université Paris Descartes Régulation de l’expression des gènes • Régulation depuis une structure particulière de la chromatine jusqu’à une régulation post-traductionnelle. • Niveau chromatinien • Niveau transcriptionnel • Niveau posttranscriptionnel • Niveau traductionnel • Niveau posttraductionnel Environnement chromatinien • Remodelage de la chromatine • Modifications post-traductionnelles des histones • Méthylation des cytosines Remodelage de la chromatine • La molécule d’ADN est organisée en boucles, accrochées au squelette protéique du chromosome lors des mitoses et à la matrice nucléaire durant l’interphase • Ces boucles correspondent à des domaines de régulation transcriptionnelle et de réplication – Flux de protéines et d’ARN interagissant au niveau du noyau avec l’ADN Chakalova L, Nat Rev Genet 2005 Chakalova L, Nat Rev Genet 2005 Modifications post-traductionnelles des histones • Quelques acides aminés situés au niveau de l’extrémité N-terminale des histones des nucléosomes – Modifications épigénétiques : modifications périgénomiques héritables mais non inscrites dans la séquence nucléotidique primaire – Code des histones : la lecture de ces modifications permet de dire si la modification est associée à une activation ou inhibition de la transcription Acétylation et méthylation des histones • • • • L’activité transcriptionelle est corrélée à l’acétylation des histones H3 et H4 L’acétylation concerne les lysines avec des histones acetyltransferases (HAT) ayant un effet activateur de la transcription et des histones deacetylases ayant un effet inhibiteur , renforcant le lien entre les bras des histones des nucléosomes et le DNA La méthylation par les méthylases porte sur la lysine et l’arginine;en dehors de celle de la lysine 4 qui a un rôle activateur, toutes les autres méthylations des H3 et H4 ont un effet inhibiteur. La méthylation de la lysine 9 de l‘histone H3 inhibe la transcription – en empêchant l’acétylation de cette lysine – en induisant une forte affinité pour une protéine HP1, fixée à la chromatine au niveau de l’hétérochromatine • • Pas d’enzyme connu pour déméthyler les histones Méthylation des lysines modification épigénétique stable Berger SL, Nature 2007 Berger SL, Nature 2007 Régulation par modification de la structure primaire du DNA • Certaines séquences CG du DNA sont méthylées – Seules les cytosines appartenant à un doublet CG sont méthylables • Chez l’homme, 70 à 80% des cytosines des motifs CG sont méthylées (les séquences répétées detype transposon qui représente 45% du génome sont très riches en doublet CG uniformément méthylés. • La majeure partie des doublets CG non méthylés (environ 30000) sont retrouvés dans des ilots dits HTF (Hpa II tiny fragments) située dans les régions promotrices et la partie 5’des gènes domestiques • Méthylation des cytosines est associée à diminution de la transcription (DNA de cellules cancéreuses hypométhylé) Méthylation et chromosome X inactivé • Le chromosome X inactivé est globalement hyperméthylé • Toutefois cette hyperméthylation est secondaire à l’inactivation qui fait intervenir l’expression du gène xist, non codant , en cis, n écessaire à la mise en place de l’inactivation mais pas à son maintien • La méthylation empêche la fixation de facteurs transcriptionnels et recrutent des protéines inhibitrices • Cette méthylation est stable transmise aux cellules filles lors de la mitose • Certaines séquences d’origine paternelle et maternelle sont méthylées différemment – Le DNA d’origine maternelle est plus méthylé que le paternel L’expression de certains gène peut nécessiter une reconfiguration • Réarrangement physiologique des gènes des immunoglobulines – Gène de la châine lourde (réarrangement VDJ, N diversité, Hypermutation somatique) • Réarrangement pathologique – Translocation • Gène de fusion • Promoteur hétérologue • Enhancer Régulation transcriptionnelle • En cis : certaines séquences modifient le taux de transcription – séquences promotrices et régulatrices en amont (5’) pouvant remonter à plusieurs dizaines de kb • Spécificité tissulaire • Cibles de facteurs transcriptionnels – Séquences stimulatrices (enhancer) augmentant le taux de transcription • En trans – Des protéines se fixant à l’ADN modifient le taux de transcription (Leucine-zipper, HTH, Zn finger) • Sp1 reconnaissant la boite GC, fos/jun reconnaissant ap1 – La phosphorylation modifie l’activité d’un facteur transcriptionnel • Choix du promoteur – Promoteurs lck : expression thymus vs lymphocytes T périphériques Perissi V Nature Rev Mol Cell Biol 2005 Perissi V Nature Rev Mol Cell Biol 2005 Régulation post-transcriptionelle • Régulation de la maturation des transcrits – Choix du site de polyadénylation – Épissage alternatif • ARNs de taille différente – RNA editing • Certaines modifications hormonales ou nutritionnelles peuvent changer un nucléotide par désamination (C remplacé par U) et induire un codon stop (apoB) – Régulation de la durée de vie • Rôle de certaines séquences notamment dans les régions 3’UTR – Régulation par les sirnas (short interfering) micro-rnas et rnas anti-sens L. He Nat Rev Cancer 2007 Régulation traductionnelle • La régulation implique souvent des phosphorylations par des kinases – Des facteurs d’initiation EIF2 (serine 51), EIF4 – Du facteur d’élongation eEF2 Régulation postraductionnelle • Glycosylation, phosphorylation, ubiquitinylation, sumoylation (small ubiquitin-related modifiers)…… • Peptide signal • Libération d’une protéine séquestrée dans un complexe • Protéolyse • Interactions protéine/protéine Modèles transgéniques • Transgénèse classique – Séquences régulatrices, promotrices et séquences codantes – Multiples copies du transgène insérées – Modèles transgéniques d ’oncogenèse ciblée • Modèles reproductibles • Analyse au cours du temps des lésions morphologiques et de leur évolution Modèle de carcinogenèse hépatocellulaire induit par l ’expression ciblée de l ’antigène T de SV-40 en utilisant les séquences régulatrices et promotrices de l’antithrombineIII ou de l’albumine Domaines fonctionnels de l'antigène T de SV40 Hélicase Doigt de Zn Polα Fixation à l'ADN Polα 1 J Domain ATPase Host Range 708 pRb p53 NLS p300 Tag/15 semaines Transgène pRb Tag p53 J Dom pRb dl1137 J Dom Phénotype hépatique carcinome (3-5 m.) carcinome (5m.) Transgenese conditionnelle (Ewald, 1996) MMTV-LTR tet + tet PolyA tTA - tet tet tTA tTA Tetop prom T SV-40 Tetop prom T SV-40 Modèles KO p53 (Donehower, 1993; Jacks, 1994) • Huge increase of tumor incidence • Homozygote – median of 5-6 months – Thymic lymphoblastic lymphoma in 75% of the cases – sarcomas, teratomas • Heterozygote • – median of 17 months in 30% of mice – Sarcomas: 57% (fibro-, osteo-, rhabdomyo-, leiomyo, hemangio-) – Lymphomas (25%), pulmonary adenocarcinomas, hepatocellular carcinomas Latency among heterozygote is linked to the deletion of the wild type allele in cells. Modèle knock-in langerin-GFP - Toutes les cellules qui expriment la langerine expriment la GFP - L’expression de eGFP par les cellules de langerhans ne modifie pas l’expression de la langerine Kissenpfenning, Immunity, mai 2005
