Remodelage de la chromatine

Les différentes situations dans lesquelles une variation de l’expression des séquences centromériques et péricentromériques a été observée, correspondent souvent à des états particuliers de la chromatine. C'est en effet le cas pour le développement et la différenciation cellulaire, le cancer, le vieillissement, la réplication et la réponse au stress, des mécanismes connus pour entraîner des changements de méthylation de l'ADN ainsi que des modifications d’histones (Gerbi and Bielinsky 2002;

Rasmussen 2003; Jolly, Metz et al. 2004; Brock, Herman et al. 2007; Fraga and Esteller 2007; Probst and Almouzni 2008). L'hétérochromatine constitutive est caractérisée par un niveau élevé de méthylation de l'ADN, une méthylation des histones, en particulier sur H3K9, H3K27 et H4K20, ainsi que par un faible niveau d'acétylation des histones, en particulier sur H3K9. La relation entre la nature de ces marques épigénétiques et le statut transcriptionnel des CT et des PCT a donc été examinée.

a) Méthylation de l’ADN

L'effet de la méthylation de l'ADN sur l'expression des séquences satellites a été analysé dans des cellules ES murines déficientes en DNMT1 ou DNMT3B. Aucune variation de l’expression des CT et des PCT n’a été observée dans ces cellules par rapport aux cellules ES contrôles (Lehnertz, Ueda et al. 2003; Martens, O'Sullivan et al. 2005). L'effet de la méthylation de l'ADN a également été abordé dans des cultures de cellules eurythroleucémiques murines traitées avec la 5 Aza-Cytidine, un puissant inhibiteur de la méthylation de l'ADN. Les cellules ainsi traitées affichent une augmentation de l'expression des séquences centromériques caractérisée par une accumulation d’ARN-CT de 120nt (Bouzinba-Segard, Guais et al. 2006). Cette observation est en accord avec des données suggérant que l'expression des séquences satellites, observée dans des cellules sénescentes et cancéreuses, pourrait être facilitée par une déméthylation des PCT. En effet, une expression constitutive des séquences péricentromériques du locus 1q12 est observée dans des cellules A431 issues d’un carcinome épithélial, ainsi que dans des cellules MRC5 (cellules embryonnaires sénescentes de poumon) dont le génome est globalement hypomethylé (Enukashvily, Donev et al. 2007). Les cellules issues de patients atteints par le syndrome ICF constituent un puissant modèle pour étudier la relation entre la

méthylation de l'ADN et l'expression de séquences péricentromériques. Le syndrome ICF est caractérisé par une hypométhylation sévère des PCT. Les chromosomes issus de lymphocytes de patients ICF présentent une décondensation locale des PCT associée à des réarrangements chromosomiques de ces régions (Ehrlich, 2003). En revanche, l'absence d'une forte expression constitutive des séquences satellites 3 suggère que la déméthylation de l’ADN n'est pas suffisante pour induire leur expression (Alexiadis, Ballestas et al. 2007).

Bien que la méthylation de l’ADN soit un processus associé à la répression transcriptionnelle, le lien celle-ci et l'expression des séquences répétées n'est pas encore très clair. Une étude récente montre que l'inhibition de SIRT1 (une HDAC de classe III) provoque une réactivation des gènes normalement réprimés. Cette activation transcriptionnelle n’est pas associée à une perte de méthylation de l'ADN au niveau de leur promoteur (Pruitt, Zinn et al. 2006). Ces résultats permettent d’envisager la contribution d’autres mécanismes dans l'activation transcriptionnelle des CT et des PCT.

b) Modifications d’histones

Dans les cellules ES de souris, la transcription des PCT se produit en dépit d'un niveau élevé de H3K9m3, H4K20m3 et H3K27m3, marques répressives des histones (Martens, O'Sullivan et al. 2005). De même, au cours de la différenciation musculaire, l’activation transcriptionnelle des CT et des PCT se produit malgré une augmentation de H3K9me3 et H4K20me3 dans ces régions (Terranova, Sauer et al. 2005). Ces observations laissent penser que les ARN-CT et les ARN-PCT pourraient être impliqués dans l’établissement et la maintenance de marques hétérochromatiques spécifiques au cours de la différenciation des cellules musculaires. Bien que la perte de H3K9me3 ne soit pas associée à l'activation transcriptionnelle des CT et des PCT, la perte de Suv39H, l’histone méthyltransférase impliquée dans la méthylation de H3K9, facilite néanmoins l'expression et/ou la stabilisation des transcrits issus des CT et des PCT qui s'accumulent alors sous forme double brin (Lehnertz, Ueda et al. 2003; Martens, O'Sullivan et al. 2005).

L'idée qu’une perte des marques épigénétiques répressives pourrait faciliter la transcription des séquences répétées hétérochromatiques a également été confortée par des observations faites dans les fibroblastes de patients touchés par le syndrome de la Progéria (HGPS pour Hutchinson Gilford Progeria Syndrome). Ce syndrome, causé par la présence d'une forme mutante de la Lamine A, est caractérisé par une apparition rapide du vieillissement au cours de l'enfance. Dans les cellules issues de

ces patients, une perte complète des marques hétérochromatiques H3K9me3, H3K27me3, H4K20me3 et HP1 est corrélée à l'expression constitutive des PCT du chromosome 9. L'absence d’expression des CT dans ces cellules suggère que la transcription des CT et des PCT met en jeu des mécanismes épigénétiques différents (Shumaker, Dechat et al. 2006).

Etant donné que l’information épigénétique doit être maintenue lors de la mitose, des altérations du mécanisme impliqué dans la transmission des marques hétérochromatiques lors de celle-ci sont susceptibles d'avoir une incidence sur l'expression des séquences répétées. C'est en effet le cas pour Np95, une protéine qui lie les histones et qui est régulée au cours du cycle cellulaire. Np95, qui permet la localisation d’HDAC1 sur des promoteurs des gènes, est impliquée dans la déacétylation de H4K5 et H4K12 après leur intégration dans les régions hétérochromatiques lors de la réplication. L’expression de Np95 débute à la transition G1/S et persiste jusqu’à la fin de la mitose. L'élimination de Np95 se traduit par l’augmentation de l'expression des séquences péricentromériques. Ce résultat suggère ainsi que l'altération d'une première étape post-réplicative, impliquée dans la formation de l'hétérochromatine, conduit à une dérépression des PCT (Papait, Pistore et al. 2007). Cette transcription est toutefois limitée aux PCT et ne porte pas atteinte aux CT, illustrant encore une fois une régulation transcriptionnelle différente entre les PCT et les CT (Papait, Pistore et al. 2007). Ainsi, Np95 et Suv39H apparaissent comme des acteurs essentiels de la formation et du maintien de l'hétérochromatine. Il est probable que des modifications de la structure de l'hétérochromatine, en réponse à l'absence de l'un de ces acteurs, soient perçues comme un signal positif pour l'activation transcriptionnelle des CT et/ou des PCT en vue de faciliter la reformation de l'hétérochromatine.

Finalement, le remodelage de la chromatine est aussi impliqué dans la transcription des séquences satellites 3 induite par le choc thermique. En effet, dans les cellules soumises à un choc thermique, la liaison d’HSF1 au PCT du chromosome 9 initie une série d'événements conduisant à l'activation transcriptionnelle de ces séquences. La manifestation la plus frappante de ce remodelage est l’apparition de foyers d’histones hyperacétylées au locus 9q12 dans les cellules soumises à un choc thermique (Jolly, Metz et al. 2004; Rizzi, Denegri et al. 2004). Cependant, on ne sait pas si la formation de ces foyers acétylés résulte d’une acétylation de novo ou d’une déacétylation globale du génome, épargnant le locus 9q12. L'histone acétyltransférase CBP, lorsqu’elle est surexprimée, s'accumule au locus 9q12 dans des cellules soumises à un choc thermique, favorisant ainsi l’hypothèse d’une acétylation de novo (Jolly,