Régulation de la transcription des gènes ribosomiques dans la chromatine

Stefan Dimitrov

Description

Niveau: Supérieur

• mémoire

MINISTERE DE LA JEUNESSE, DE L'EDUCATION NATIONALE ET DE LA RECHERCHE ECOLE PRATIQUE DES HAUTES ETUDES Sciences de la vie et de la terre MEMOIRE présenté par FONTAINE Emeline Pour l'obtention du diplôme de l'Ecole Pratique des Hautes Etudes Régulation de la transcription des gènes ribosomiques dans la chromatine Soutenu devant le jury suivant : Andràs PALDI Président Stefan DIMITROV Examinateur Jean-Marie EXBRAYAT Examinateur Philippe BOUVET Examinateur Directeur d'études EPHE : Pr. EXBRAYAT Laboratoire de Reproduction et Développement des Vertébrés 25, rue du Plat 69 288 LYON Cedex 02 E-Mail : Directeur d'étude: Pr. BOUVET Laboratoire de Biologie Moléculaire de la Cellule (LBMC) UMR 5161 CNRS - ENS Lyon 46, allée d'Italie 69364 LYON Cedex 07 E-Mail : Résumé La régulation de la transcription des gènes ribosomiques est une étape clé dans le contrôle de la croissance et de la prolifération cellulaire. Les travaux réalisés au cours de mon stage d'EPHE ont eu pour but de mieux comprendre les rôles de protéines majeures du nucléole (la nucléoline et TTF-I) dans les mécanismes moléculaires qui régulent la transcription des gènes ribosomiques sous forme de chromatine. Mon premier travail a consisté à mettre au point la technique de transcription in vitro par l'ARN polymérase I dans un contexte chromatinien.

• marqueur de prolifération cellulaire en particulier


• transcription des gènes ribosomiques


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Extrait

MINISTERE DE LA JEUNESSE, DE L’EDUCATION NATIONALE ET DE LA RECHERCHE     ECOLE PRATIQUE DES HAUTES ETUDES Sciences de la vie et de la terre

MEMOIRE     présenté par

FONTAINE Emeline

Pour l’obtention du diplôme de l’Ecole Pratique des Hautes Etudes Régulation de la transcription des gènes ribosomiques dans la chromatine

                            Soutenu devant le jury suivant :   Andràs PALDI Président Stefan DIMITROV Examinateur Jean-Marie EXBRAYAT Examinateur Philippe BOUVET Examinateur                                                                                                                                                                                                 Directeur d’études EPHE : Pr. EXBRAYAT Laboratoire de Reproduction et Développement des Vertébrés 25, rue du Plat 69 288 LYON Cedex 02 E-Mail :[e-mail]   Laboratoire de Biologie Moléculaire de la Cellule (LBMC) UMR 5161 CNRS ENS Lyon - 46, allée d’Italie 69364 LYON Cedex 07 E-Mail : [e-mail]       Résumé   La régulation de la transcription des gènes ribosomiques est une étape clé dans le contrôle de la croissance et de la prolifération cellulaire. Les travaux réalisés au cours de mon stage d’EPHE ont eu pour but de mieux comprendre les rôles de protéines majeures du nucléole (la nucléoline et TTF-I) dans les mécanismes moléculaires qui régulent la transcription des gènes ribosomiques sous forme de chromatine. Mon premier travail a consisté à mettre au point la technique de transcriptionin vitro Pour par l’ARN polymérase I dans un contexte chromatinien. cela, il était nécessaire de reconstituer de la chromatinein vitroà partir d’histones recombinantes. Plusieurs méthodes biochimiques (gel retard, digestion par laMNase,EcoRI, étude de la topologie) complétées par une approche biophysique de molécule unique (la microscopie à force atomique) ont été utilisées pour s’assurer de la qualité de la chromatine.   Une fois la chromatine reconstituée, nous avons pu mettre en place notre système d’étude. Nous avons alors étudié le rôle de différentes protéines impliquées dans la transcription des gènes ribosomiques telles que la nucléoline ou TTF-I. Notre étude a permis de montrer que la nucléoline inhibe la transcription uniquement dans la chromatine. Concernant TTF-I, des données récentes semblent démontrer que cette protéine est responsable du phénomène de terminaison de la transcription mais également de l’activation de la transcription des gènes ribosomique dans un contexte chromatinien. Nous n’avons pas été en mesure d’observer ce phénomène, en revanche, nous avons pu démontrer que TTF-I termine plus efficacement la transcription dans la chromatine que dans l’ADN nu.   Ensuite, nous avons étudié l’implication de macroH2A et de SWI/SNF dans la régulation de la transcription par l’ARN polymérase I. Ces

Directeur d’étude: Pr. BOUVET

protéines sont impliquées dans la structure (macroH2A) et la dynamique de la chromatine (SWI/SNF). Nous avons montré que l’incorporation de l’histone variant, macroH2A à la place de l’histone conventionnelle H2A dans la chromatine est possible et que l’incorporation de l’histone variante ne modifie pas les propriétés de la chromatine dans la transcription par l’ARN polymérase I. En outre, nous avons mis en évidence l’activation de la transcription par le complexe de remodelage SWI/SNF dans une chromatine conventionnelle et dans une chromatine variante (contenant macroH2A à la place de l’histone H2A).     Mots clés: Transcription, chromatine, nucléoline, TTF-I, macroH2A, SWI/SNF, AFM.   Table des matières     I- INTRODUCTION.................................................................................................................................................................................................................................................................. 6   1- Le gène ribosomique......................................................................................................................................................................................................................................................... 7 1-1 Biogenèse du ribosome................................................................................................................................................................................................................................................. 7 1-2 Le nucléole ............................................................................................................................................................................................................................................................................... 7 1-2-1 Structure du nucléole ..................................................................................................................................................................................................................... 7 1-2-2 Nucléologenèse et transcription de l’ARN polymérase I .......................................................................................................................... 8 1-3 La structure du gène ribosomique .................................................................................................................................................................................................................... 9 1-4 Les NORs (Régions Organisatrices du Nucléole) ............................................................................................................................................................................. 9 1-5 Régulation des gènes ribosomiques et structure de la chromatine............................................................................................................................... 10   2- Transcription des gènes ribosomiques...................................................................................................................................................................................................... 12 2-1 Les séquences régulatrices en cis ................................................................................................................................................................................................................... 12 2-1-1 Promoteurs ............................................................................................................................................................................................................................................. 12 - Le promoteur proximal ............................................................................................................................................................................................... 12 - Le promoteur distal.......................................................................................................................................................................................................... 13 2-1-2 Les séquences de terminaison de la transcription.......................................................................................................................................... 13 2-1-3 Les séquences activatrices de la transcription................................................................................................................................................... 14   2-2 Les facteurs régulateurs de la transcription de l’ADNr ............................................................................................................................................................ 14 2-2-1 L’ARN polymérase I  et ses facteurs associés (PAF)..................................................................................................................................... 14 - L’ARN polymérase I ...................................................................................................................................................................................................... 15 - Les facteurs associés à l’ARN polymérase I (PAF)........................................................................................................................... 15 2-2-2 Les facteurs régulateurs en trans....................................................................................................................................................................................... 15 - TIF1-B .......................................................................................................................................................................................................................................... 15 - UBF (Upstream Binding Factor) ....................................................................................................................................................................... 17 - TIF-IA............................................................................................................................................................................................................................................. 19 - TIF-IC............................................................................................................................................................................................................................................. 19 2-2-3 Autres facteurs intervenant dans la transcription de l’ADNr : la nucléoline...................................................................... 20 2-2-4 Initiation de la transcription...... ........................................................... 22 ................................................................................................................................ 2-2-5 Terminaison de la transcription........................................................................................................................................................................................ 23 - TTF-I............................................................................................................................................................................................................................................... 23 - PTRF .. ............ 25 ................................................................................................................................................................................................................................. - Mécanisme de terminaison de la transcription .................................................................................................................................. 25 2-3 La régulation de la transcription...................................................................................................................................................................................................................... 26 2-3-1 Régulation par le cycle cellulaire ................................................................................................................................................................................. 26 2-3-2 Régulation croissance-dépendante .............................................................................................................................................................................. 27                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                3- Transcription et chromatine................................................................................................................................................................................................................................ 28 3-1 Le nucléosome, unité de base de la chromatine............................................................................................................................................................................... 28 3-1-1 Condensation de l'ADN ........................................................................................................................................................................................................... 28 3-1-2 Le nucléosome.................................................................................................................................................................................................................................... 28 - Les histones de cœur....................................................................................................................................................................................................... 28 - Structure cristallographique de la particule cœur du nucléosome ................................................................................. 29 - Le nucléosome, un frein pour la transcription ?................................................................................................................................. 29 3-2 Modifications post -traductionnelles des histones et transcription.............................................................................................................................. 30 3-2-1 Code des histones.......................................................................................................................................................................................................................... 30 3-2-2  Acétylation .......................................................................................................................................................................................................................................... 30 3-2-3 Méthylation ...................................................................................................................................................................................................................................... 31 3-2-4  Phosphorylation.............................................................................................................................................................................................................................. 32 3-2-5  Ubiquitination................................................................................................................................................................................................................................... 33 3-3 Remodelage de la chromatine par des complexes ATP-dépendants ......................................................................................................................... 33 3-3-1 La grande famille des complexes de remodelage........................................................................................................................................... 33 3-3-2 Modes d'action des complexes de remodelage................................................................................................................................................. 34 3-3-3 SWI/SNF (SWItching/Sucrose Non Fermenting)........................................................................................................................................... 34 3-3-4 ISWI (Imitation SWItch)........................................................................................................................................................................................................... 35 3-3-5 Le complexe Mi2............................................................................................................................................................................................................................. 36 3-4 Protéines histones variantes.................................................................................................................................................................................................................................. 37 3-5 Chromatine et transcription des gènes ribosomiques................................................................................................................................................................. 39 3-5-1 Chromatine et activation de la transcription des gènes ribosomiques..................................................................................... 39 3-5-2 Chromatine et répression de la transcription des gènes ribosomiques..................................................................................... 40                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                ABREVIATIONS ET ANGLICISMES       Å angstrom ADN acide désoxyribonucléique ADNr ADN ribosomique AgNOR argyrophilic nucleolar organizer region ARN acide ribonucléique ARNm ARN messager