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Un complexe protéique participe à la régulation transcriptionnelle de gènes impliqués dans les réponses aux stress chez Arabidopsis thaliana

Gérer l’équilibre entre les processus développementaux et les mécanismes de défense nécessite un contrôle fin de l’expression des génomes des organismes. Des chercheurs de l’Inra ont caractérisé les sites de fixation de LIF2,une protéine de fixation à l’ARN et ceux de LHP1, une protéine Polycomb. Au sein du complexe qu’elles forment, LIF2 joue un rôle d’activateur transcriptionnel ; LHP1, celui de répresseur. Ces résultats ouvrent de nouvelles perspectives sur la compréhension des transitions transcriptionnelles. 

Plant d'Arabidopsis Thaliana dans une serre expérimentale de l'Inra de Versailles.. © Bertrand NICOLAS - Inra, NICOLAS Bertrand
Mis à jour le 12/07/2017
Publié le 12/07/2017
Mots-clés : PLANTE - STRESS - chromatine

Comprendre le développement des organismes, leurs réponses aux changements environnementaux ou leurs adaptations nécessite de mieux comprendre les mécanismes régulateurs de l’expression des génomes. Ces mécanismes font appel à de nombreuses séquences régulatrices, et aux propriétés de la fibre chromatinienne, impliquant divers complexes protéiques mais aussi des molécules d’ARNs.

Les protéines Polycomb, conservées au cours de l’évolution entre plantes et animaux, jouent un rôle clé dans les propriétés de la chromatine et interviennent ainsi dans la répression des gènes et le maintien de patrons d’expression au cours des transitions développementales. Des altérations de gènes Polycomb conduisent ainsi à divers phénotypes (floraison précoce, altérations morphologiques, prolifération cellulaire, voire stérilité…). Les mécanismes d’adressage des complexes Polycomb vers les régions chromatiniennes qu’ils contrôlent restent très mal connus et leur compréhension constitue un enjeu majeur pour comprendre les étapes conduisant d’un état chromatinien transcriptionnellement actif à un état inactif.

La protéine LHP1 de la plante modèle Arabidopsis thaliana est l’une de ces protéines de type Polycomb. Elle se fixe sur le résidu lysine 27 triméthylé de l’histone* H3 (H3K27me3) et réprime de nombreux gènes. Elle interagit avec de nombreuses protéines parmi lesquelles on trouve la protéine de fixation à l’ARN LIF2, impliquée dans le contrôle de la différentiation cellulaire et dans la réponse aux stress biotiques et abiotiques.

 Caractériser les sites de fixation des protéines LIF2 et LHP1

Des chercheurs de l’Inra et leurs collègues ont cartographié, caractérisé et comparé les sites de fixation des deux protéines LIF2 et LHP1 à l’échelle du génome pour mieux comprendre le mode d’action du complexe formé par LIF2 et LHP1 et tester l’hypothèse d’un rôle putatif de LIF2 dans l’adressage de LHP1 à certains endroits du génome. Ils ont ainsi montré que LIF2 était préférentiellement associée à des régions génomiques portant la modification post-traductionnelle des histones, H3K4me3, suggérant des effets antagonistes globaux des deux protéines sur la transcription. Les régions génomiques où les deux protéines sont localisées ont des caractéristiques très spécifiques avec la présence de marques associées à une chromatine de type bivalent (c’est à dire portant à la fois des marques transcriptionnellement actives et inactives), mais aussi avec la présence du variant d’histone H2A.Z. Ces régions sont enrichies en gènes de réponse aux stress chez les plantes, suggérant un rôle conjoint des deux protéines dans la régulation de ce type de gènes. La protéine LIF2 aurait alors un rôle d’activateur transcriptionnel, notamment en réponse à une hormone de stress, le méthyl jasmonate. Ainsi les deux protéines pourraient jouer un rôle dans les transitions transcriptionnelles, mais aussi, avoir un rôle synergique dans le contrôle de la transcription à certains loci.

Les scientifiques ont également identifié des motifs ADN spécifiques au niveau des sites de fixation (i.e. G-box-like motif, GAGA motif et telo-box). Notons que le motif GAGA est présent dans certaines régions fixées par d’autres protéines Polycomb chez les végétaux, mais aussi chez les animaux. Le fait de trouver ce motif associé aux sites de fixation de plusieurs protéines Polycomb suggère l’existence de motifs Polycomb communs qui pourraient constituer des Polycomb response elements (PREs) restés énigmatiques jusqu'à présent chez les plantes.

Cette étude suggère qu’un complexe ribonucléoprotéique formé par le duo LIF2-LHP1, et peut être des molécules d’ARN qui restent à déterminer, pourrait ainsi permettre la régulation transcriptionnelle de certains gènes cibles, parmi lesquels des gènes de réponses aux stress biotiques. Ces résultats ouvrent de nouvelles perspectives dans la compréhension des transitions transcriptionnelles, mais également des mécanismes de suppression de l’immunité chez les plantes.

 

* Les histones sont des protéines associées à l'ADN qui contribuent à son empaquetage et au repliement grâce à la formation des nucléosomes

En savoir plus

Molitor A, Latrasse D, Zytnicki M, Andrey P, Houba-Hérin N, Hachet M, Battail C, Del Prete S, Alberti A, Quesneville H, and Gaudin V. 2016. The Arabidopsis hnRNP-Q Protein LIF2 and the PRC1 Subunit LHP1 Function in Concert to Regulate the Transcription of Stress-Responsive Genes. The Plant Cell Online Sep 2016, 28 (9) 2197-2211; DOI: 10.1105/tpc.16.00244.