Hétérochromatine péricentrique et variégation de white-mottled

L’hétérochromatine péricentrique du chromosome X de la drosophile s’étend sur plus de 11 millions de paires de bases et est principalement constituée par la répétition d’une séquence complexe de 359 paires de bases baptisée séquence satellite III (SAT III).

Ces séquences se caractérisent par leur composition nucléotidique fortement biaisée (65% de paires de bases dA•dT), caractéristique qui, comme nous le verrons, n’est pas sans conséquences sur la structure même de la double hélice d’ADN. Ces caractéristi- ques structurales des séquences A•T riches influencent à leur tour la nature des facteurs protéiques et molécules (naturelles ou synthétiques) capables d’interagir avec elles.

Un des intérêts majeurs de l’étude de ces régions repose sur le fait que les séquen- ces satellites III sont les seules séquences satellites de type alpha chez la drosophile. De telles séquences étant retrouvées dans les régions péricentriques chez tous les vertébrés (pour revue (Masumoto, Nakano et al. 2004)), le chromosome X de la drosophile est un bon modèle pour l’étude des mécanismes dont elles sont le siège.

De plus, la compréhension des bases moléculaires du phénomène de P.E.V. sont d’une grande utilité pour l’étude des mécanismes de compartimentalisation du génome. En effet, l’existence de ce phénomène de variégation d’effet de position suppose que dans les contextes réarrangés, l’observation d’une inactivation stochastique de gènes euchromati- niens reflète l’invasion du locus inactivé par une structure d’hétérochromatine transcriptio- nellement répressive. C’est l’interprétation généralement admise et cette capacité de l’hétérochromatine de s’étaler en cis à partir d’un point de nucléation ainsi que les consé- quences de cet étalement ont été largement décrites chez la levure (Lu, Ma et al. 1998;

Figure 16 : Représentation schématique de l’inversion In(1)wm4h

Dans la lignée sauvage (en haut), le gène white (en rouge) qui code un transporteur de pigment essentiel à la coloration rouge normale des yeux (photo en haut à gauche) est localisé à l’extrémité du bras long du chromosome X.

Dans la lignée In(1)wm4h, l’inversion chromosomique dont les points de cassures sont représentés par l’intersection avec les flèches brisées juxtapose l’allèle de white à proximité de l’hétérochromatine péricentrique (en gris).

L’inactivation stochastique de white dans certaines cellules ou groupes de cellules par l’hétérochromatine conduit à un phénotype bigarré (photo du bas).

white

white-mottled

X-RAY

29 Meneghini, Wu et al. 2003; van Leeuwen and Gottschling 2003). Ce modèle suppose, qu’in vivo, l’expansion de l’hétérochromatine soit stoppée. Deux mécanismes sont envisa- geables, le premier, passif, reposerait sur l’épuisement d’un des facteurs d’assemblage de l’hétérochromatine (ce que suggère l’effet de dose observé pour les modificateurs de PEV décrits ci-dessous). Alternativement, on peut envisager que l’hétérochromatine soit confi- née par la présence de barrières, dont les déterminants pourraient être la séquence d’ADN ou la présence de certaines marques épigénétiques, ces barrières physiques seraient alors le siège d’une compétition entre facteurs répresseurs, activateurs (Suka, Luo et al.

2002; Lam, Pazin et al. 2005) et isolants (éléments frontières (Zhao, Hart et al. 1995;

Cuvier, Hart et al. 1998; Hart, Cuvier et al. 1999; Cuvier, Hart et al. 2002)). Ces deux mo- dèles ne sont d’ailleurs pas mutuellement exclusifs, récemment, il a en effet été démontré que, chez l’homme, la surexpression de la protéine CENPA (variant centromérique de l’histone H3) conduisait à l’expansion du domaine centromèrique sur les régions d’hétérochromatine avoisinantes soulignant la nature dynamique de ce domaine chromo- somique. Cette surexpression de CENPA conduisait à une perte d’H3K9 diméthylées mais pas triméthylées suggérant que cette dernière modification participe à la définition de cette frontière (Lam, Boivin et al. 2006).

Dans le contexte spécifique de la lignée modèle de drosophile In(1)wm4h (Rorth, Szabo et al. 1998), le gène white, codant un transporteur de pigments essentiel à la colo- ration rouge normale des yeux, est juxtaposé au bloc d’hétérochromatine péricentrique du chromosome X suite à une inversion chromosomique induite par irradiation aux rayons X (voir figure 16). Dans cette nouvelle localisation, l’expression de l’allèle du gène white nommée white-mottled est conditionnée par la structure hétérochromatinienne avoisi- nante ce qui conduit à sa variégation. Bien que ce phénomène soit connu depuis plus de 75 ans, ses bases moléculaires restent aujourd’hui encore peu comprises. Le niveau d’expression de l’allèle white-mottled varie au sein d’une population d’un individu à l’autre. Certains individus présentent un phénotype semblable à celui des individus sau- vages (yeux rouges où seules quelques facettes sont blanches), d’autres, au contraire, possèdent des yeux très pâles où l’expression de white semble restreinte à quelques cel- lules alors que la majorité des individus d’une génération donnée présente un phénotype bigarré caractéristique.

Figure 17 : Les modificateurs de PEV

Ce sont le plus souvent des gènes identifiés chez la drosophile et dont la mutation induit une modification de la variégation d’effet de position de l’allèle white-mottled dans la lignée In(1)wm4h (photo centrale).

La mutation d’un gène suppresseur de PEV -Su(Var)- conduisant à une haploinsuffisance (- 1 DOSE) de son produit -SU(VAR)- induit une suppression de PEV donc une restauration de l’expression de white-mottled et de la coloration rouge de l’œil (en haut à gauche). A l’inverse l’expression d’une copie surnuméraire de ce gène (+ 1 DOSE) renforce la mise en silence de white- mottled par l’hétérochromatine se traduisant par un œil majoritairement blanc (en haut à droite). A l’inverse, la mutation d’un gène enhancer de PEV augmente le silencing transcriptionnel alors que sa surexpression rétablit l’expression de white-mottled suggérant que les EN(VAR) sont des protéines intervenant dans la