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Les FTs peuvent activer la transcription d’un gène en interagissant avec la machinerie transcriptionnelle basale ou encore en permettant la liaison coopérative d’autres FTs via des interactions directes protéine-protéine ou encore indirectes en recrutant directement ou indirectement des enzymes modifiant la structure chromatinienne.

 INTERACTION AVEC LA MACHINERIE TRANSCRIPTIONNELLE BASALE

Les FTs jouent un rôle important dans l'initiation de la transcription en conditionnant l'interaction entre les composants de la machinerie transcriptionnelle et l'ADN (Thomas et Chiang 2006). L’interaction des FTs avec la machinerie transcriptionnelle concerne particulièrement les composantes du complexe de pré-initiation (PIC) et s’effectue via leurs domaines effecteurs appelés trans-activateurs (TADs). Par exemple le TAD de E2F1, établit des contacts directs avec les facteurs de transcription généraux, y compris TATA-binding protein (TBP), et les « facteurs associés à TBP » (TAFs), TFIIA, TFIIB et TFIIH suite à sa liaison à des sites situés à la fois à proximité et loin des promoteurs cœurs (Cujec et al., 1997 ; Zhu et al., 1994). Les TADs peuvent également recruter et interagir avec les composantes du complexe Médiateur, un complexe multiprotéique impliqué dans l'activation d'un grand nombre de gènes (Lee et Young 2000).

Les domaines TADs eucaryotes sont généralement classés en fonction de leur composition en acides aminés. Les TAD peuvent être riches en résidus d’acides aminés acides (par exemple, E2F1 et p53), en résidus de glutamine (par exemple Oct1, Oct2, Sp1) ou en résidus de proline (par exemple Ap-2 et CTF/NF1). De façon plus appropriée, les TAD eucaryotes ont été regroupés sur la base de leur fonction en deux groupes : ceux qui stimulent l'initiation versus ceux qui stimulent l'élongation (Blau et al., 1996). Des études antérieures suggèrent que de nombreux activateurs agissent principalement au niveau de l'initiation de la transcription. Toutefois, le contact entre un TAD et la machinerie transcriptionnelle générale peut stimuler la transcription non seulement en stabilisant le complexe PIC, mais également en améliorant l’élongation (Fuda et al., 2009, Rahl et al., 2010 ; Selth et al., 2010). Par exemple, en plus de stimuler l'initiation de la transcription, le domaine TAD de c-Myc favorise également l’élongation de la transcription par le recrutement de P-TEFb (positive transcription elongation factor b, qui est composé de CycT1 et CDK9). D’une manière intéressante, le TAD de c-Myc augmente également la maturation de l’ARNm, le recrutement de polysomes et le taux de traduction. Ces augmentations résultent de la phosphorylation du

38 Figure 17. Les mécanismes indirects de coopérativité entre les facteurs de transcription. Il existe de nombreux mécanismes indirects par lesquels les facteurs de transcription (FTs) peuvent agir coopérativement pour réguler les enhancers. a) Deux ou plusieurs FTs lient ensemble un même élément enhancer et recrutent un cofacteur commun (par exemple, p300), ou encore différents composants d'un complexe multiprotéique (par exemple, les complexes Médiateur ou SAGA), ce qui peut conduire à une augmentation nette de l'affinité de chaque FT pour leur site de liaison (ou une augmentation du temps de fixation des facteurs de transcription à l’enhancer). b) Certains facteurs de transcription peuvent agir en coopération, en activant le remodelage de la chromatine. Après liaison du FT AP1 au site 1, le nucléosome est activement repositionné, ce qui expose le site de liaison GRE (site 2) et permet au facteur GR de se lier. AP1 agit ainsi comme un FT pionnier et assiste la fixation de GR, sans qu’il y ait pour autant d’interaction directe entre les deux FTs. c) En restant lié à un site donné, une FT (FT A sur la figure) peut empêcher le repositionnement d’un nucléosome et peut donc faciliter la liaison d'un autre facteur (FT B sur la figure) à un site voisin qui, autrement, pourrait devenir inaccessible. Ceci peut constituer une méthode passive d'amorçage d’enhancer. d) Certains facteurs de transcription (par exemple, HMG1) peuvent induire une flexion locale de l’ADN, ce qui peut augmenter l'affinité des autres FTs pour les sites de l’enhancer, ou peut favoriser le recrutement et la formation du complexe. (D’après Spitz et. Furlong, 2012).

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CTD de la PolII par c-Myc, via la stimulation de Cdk9 et la phosphorylation des résidus Ser2 des heptades.

 COOPERATIVITE ENTRE LES FTS.

La liaison coopérative à l'ADN est souvent considérée comme le résultat d’interactions directes protéine-protéine entre FTs qui se lient à des sites adjacents sur l'ADN, augmentant ainsi leur affinité respective au site de liaison (Johnson et al., 1981 ; Oehler et., al., 2006). Cependant, d'autres modes plus indirects de coopérativité entre FTs existent. La coopérativité transcriptionnelle entre la protéine Gal4 de levure et le récepteur aux glucocorticoïdes de rat (GR) (Lin et al., 1990) est une manifestation importante de cette coopérativité alternative. En effet, ces deux facteurs proviennent de deux organismes différents et par conséquent il est improbable que leur coopérativité passe par des interactions directes protéine-protéine, mais plutôt via des interactions avec les composants communs conservés de la machinerie transcriptionnelle. Une telle synergie transcriptionnelle est probablement fréquente étant donné que de nombreux facteurs de transcription interagissent avec des co-activateurs communs (tels que la famille p300-CREB-binding protein (CBP) (Merika et al., 1998) (Figure 17) ou des co-répresseurs (comme Groucho), ainsi qu'avec des membres des complexes Médiateur, SAGA et TFIID.

La coopérativité transcriptionnelle passe également par le recrutement de co- activateurs distincts, qui à leur tour fonctionnent de manière synergique pour activer l'expression des gènes. Par exemple, l'activateur A pourrait recruter CBP, qui assure l’acétylation des histones, alors que l'activateur B pourrait recruter SWI/SNF, qui remodèle la chromatine par déplacement des nucléosomes (Malik et Roeder 2005 ; Plashne et Gann 2001). Un autre mode de liaison coopérative a été décrit, selon lequel un facteur de transcription dit « pionnier » se lie à des enhancers inaccessibles à d'autres facteurs et peut recruter des complexes de remodelage de la chromatine qui conduisent à un repositionnement des nucléosomes pour faciliter la liaison d’autres FTs au niveau de sites voisins (Schwabish et Stuhl 2007 ; Shuey et Parker 1986). Par exemple, la liaison du facteur de transcription AP1 facilite le chargement des GR par le recrutement de BRG1 (un homologue de Brahma), qui maintient la chromatine dans un état ouvert (Biddie et al., 2011) (Figure 17b). La simple fixation d'un FT pionnier sur un enhancer est généralement insuffisante à la formation d’un complexe d'activation (Ghisletti et al., 2010). En revanche, cette fixation joue un rôle essentiel en induisant une série de modifications qui vont permettre par la suite à l’enhancer de recruter

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des FTs complémentaires et déclencher ainsi l'activation transcriptionnelle à un stade ultérieur du développement. La liaison d’un FT peut également déclencher une flexion locale de l'ADN, favorisant ainsi la liaison d'un FT voisin sur l’enhancer (Panne et al., 2007; Falvo et al., 1995) (Figure 17d). Ces mécanismes peuvent contribuer à transformer les interactions de faibles affinités avec l’ADN en des liaisons robustes. Ces mécanismes suggèrent qu'une proportion importante des coopérativités fonctionnelles qui sont détectées entre les FTs liant le même enhancer, peuvent se produire par des effets indirects plutôt que par la formation de complexes stables. Enfin la coopérativité entre deux FTs au niveau d’un enhancer donné peut se produire également par compétition sur le même site de fixation (Figure 17c). Contrairement à ce à quoi on peut s’attendre, la compétition entre les FTs ne résulte pas en l'extinction de l'activité de l’un ou de l’autre mais au contraire à une augmentation du temps de liaison de chaque FTs au site de fixation. Voss et col (2011) explique ce phénomène par le fait que l’échange rapide des FTs empêche le repositionnement des nucléosomes.

La plupart de ces mécanismes de synergie activatrice décrits ci-dessus ne sont pas exclusifs. Il est donc possible, par exemple, que deux activateurs se lient de façon coopérative à des sites et recrutent de manière coordonnée un ou plusieurs co-activateurs.