Interaction entre les deux voies de piARN somatique et germinale108

L’ovaire de la drosophile est constitué de cellules germinales et de cellules somatiques (les cellules folliculaires). Ces dernières jouent un rôle dans le maintien et la protection des cellules germinales. Ces deux types de cellules échangent des signaux de développement et de substances nutritives. La possibilité de passage des ARN de plusieurs rétrotransposons à LTR comme par exemple Gypsy et ZAM à partir des cellules folliculaires vers les cellules germinales a déjà été observée (Chalvet et al, 1999 ; Leblanc et al, 2000). Par contre le passage des transcrits des ET des cellules germinales aux cellules folliculaires n’a jamais été décrit. Est-ce que les piARN peuvent aussi êtres échangés entre type cellulaire ?

Chez la drosophile, chaque ovaire est composé de 16-18 unités appelées ovarioles.

Dans la partie antérieure de chaque ovariole, deux ou trois cellules souches germinales

« Germline Stem Cells » (GSCs) interagissent avec les cellules somatiques et affectent leur établissement et la différenciation (Gilboa et al, 2004). (Figure 23A). Plusieurs voies de signalisation réciproques existent entre les cellules souches germinales (GSC) et les cellules folliculaires qui utilisent des jonctions gap (Gilboa et lehman, 2004).

Les transcrits de tirant sont présents dans les GSC (Figure 23B), par conséquent un passage des piARN pourrait être possible entre les cellules germinales et les cellules folliculaires (Figure 23). Cette hypothèse reste à valider. On peut trouver dans la littérature quelques exemples de transferts de petits ARN comme chez la Paramécie, entre le micro et le macronucleus.

Figure 23: Modèle de transmission des piARN germinaux vers les cellules somatiques

A : Représentation schématique du plan antérieur d’un ovariole de drosophile. GSC (Germline Stem Cells), Cb les filles de GSC, [les cellules Cap, IS (Inner Sheats), SSC (Somatic Stem Cells) sont des cellules folliculaires]. D’après Gilboa & Lehman , 2004 . B : Hybridation in situ qui montre la présence des transcrits de tirant dans les GSC (en rouge : les transcrits de tirant et en vert : l’ADN).

Les organismes unicellulaires du genre Tetrahymena et Paramecium sont des protozoaires ciliés qui possèdent deux noyaux différents au sein de la même cellule, le micronucleus et le macronucleus (Karrer, 2000). Le micronucleus est diploïde est correspond à la lignée germinale diploïde et le macronucléus est polyploïde est correspond à la lignée somatique. Dans le micronucleus des ARN double brin sont formés par la complémentation entre deux transcrits homologues. Ils sont ensuite clivés en dehors du micronoyau par TW11, l’homologue de la protéine Piwi chez D. melanogaster. Il en découle la synthèse de petits ARN d’environ 28 nucléotides appelés scanARN ou scnARN. Ces scnARN sont responsables de la mise en place du macronucléus à chaque génération, par élimination de séquences repétées au niveau de l’ADN (Mochizuki et al, 2002). Chez la drosophile, les piARNsecondaires produits dans les cellules germinales pourraient être comparés aux scanARN caractéristiques des protozoaires ciliés.

2.3.1.4 Rôle des piARN dans la mise en place du TGS

En 2002, il a été montré chez Saccharomyces pombe que certains locus centromériques riches en séquences répétées sont ciblés par des siARN qui permettent le recrutement de plusieurs protéines dont SWI6 (homologue de la protéine hétérochromatique 1 (HP1) et Clr4 (protéine responsable de la méthylation de la lysine 9 sur l’histone H3) (Volpe et al, 2002). Des mutations dans la voie siARN aboutissent à une décondensation de la

chromatine, corrélée à une diminution de la méthylation H3K9 et donc à une délocalisation de SWI6. Des études génétiques ont de plus précisé l’action d’un complexe dévolu à la mise en place de l’hétérochromatine : le complexe RITS, formé des protéines Argonaute Ago1, Chp1 et tas3 et permettant le ciblage des protéines de type hétérochromatiques telles que SWI6 (Cam et al, 2005) (Noma et al, 2004; Verdel et al, 2004) (Verdel & Moazed, 2005). Le lien entre PTGS (Post-Transcriptional Gene Silencing) et TGS (Transcriptional Gene Silencing) a permis de révéler un nouveau rôle des voies de l’ARNi dans la structuration de la chromatine, et donc dans l’établissement d’un état épigénétique.

Malgré de nombreuses études décrivant la répression des rétrotransposons chez la Drosophile, seuls quelques travaux suggèrent un mécanisme de répression qui associe les modifications de la chromatine par le biais des modifications des histones et les piARN. Un lien entre la protéine Piwi et la protéine HP1 dans la régulation des ET a été mis en évidence récemment. Dans la lignée germinale, la protéine Piwi recrute la protéine HP1 à certains sites des séquences des ET pour induire la formation d’un état hétérochromatique (Wang & Elgin, 2011).

Les histones méthyl-transférases (HMT) permettent le recrutement de protéines spécifiques des régions hétérochromatiques via leur chromodomaine, telles que la protéine HP1 (Bannister et al, 2001). L’HMT de type SU(VAR)3-9 joue un rôle crucial dans la méthylation de H3K9. La perte de régulation de certains ET est corrélée avec la perte de HP1a (isoforme de HP1) et d’H3K9me2 au niveau des sites des ET; c’est le cas, par exemple, de l’élément HeT-A (Shpiz et al, 2011). Mais on sait aussi que la mutation de Piwi dans la lignée germinale est accompagnée par une réduction du niveau d’enrichissement de H3K9me2 sur la région 5’ du promoteur de HeT-A. Le mécanisme par lequel Piwi recrute HP1a est encore mal élucidé. Ces résultats suggèrent une régulation des ET dans la lignée germinale par un mécanisme Piwi-HP1a dépendent, par condensation de la chromatine. Ces données confirment les résultats publiés par Klenov et al, en (2007), qui montrent que la mutation du gène spn-E de la voie piARN a un impact sur la structure de la chromatine au niveau des ET.

Le débat sur les rôles de la voie piARN dans la mise en place du TGS ne fait probablement que commencer.

Une autre question que l’on peut alors poser porte sur l’origine des transcrits précurseurs, issus des clusters, et qui sont à l’origine des piARN primaires. Quel est le lien entre la conformation de la chromatine et les protéines de la voie piARN ?

Récemment, Rangan et al 2011, montrent un lien entre la production de piARN et la formation de l’hétérochromatine (Rangan et al, 2011) Dans cette étude les auteurs ont montré que dSETDB1 (HMT responsable de la methylation de H3K9) est requis pour le contrôle des ET dans les cellules somatiques et germinales des ovaires. La présence de la marque H3K9me3 au niveau des clusters piARN conduit à une activation de la transcription. La mutation de dSETDB1 entraine une réduction de quantités de piARN générés par le locus germinal 42AB et le locus somatique flamenco. Cette réduction est due à une diminution de

transcription des précurseurs de piARN dans ces deux locus. La perte dSETDB1 est ainsi corrélée à une augmentation du taux de transcrits des éléments germinaux comme HeT-A et TART, et des éléments somatiques comme Gypsy et ZAM.

Nous avons montré que la présence des piARN secondaires était nécessaire à la régulation de tirant dans la lignée somatique. On peut ainsi se poser la question sur l’interaction entre les piARN secondaires et la transcription des clusters responsables de la production des transcrits précurseurs des piARN primaires. Dans le cas de notre modèle, cette question est difficile à étudier, puisque nous ne connaissons pas la localisation génomique des clusters dans les lignées de D. simulans que nous avons utilisées.

Un deuxième point concerne le lien entre les piARN secondaires et les marques d’histones associées aux copies d’ET. Nous avons émis l’hypothèse que les piARN secondaires pourraient cibler dans les tissus somatiques l’élément tirant, en déposant des marques hétérochromatiques d’histones comme H3K9me2/3 ou H3K27me3, ce qui entrainerait leur répression. Les expériences sont en cours pour éprouver cette hypothèse.

Ceci nous permettra de mieux comprendre le lien entre PTGS et TGS dans la régulation du rétrovirus endogène tirant.

PARTIE 4