Comment la transcription permet le silence épigénétique

Deux nouvelles études qui paraissent dans Cellule moléculaire révèlent les principes fondamentaux de la manière dont la chromatine et la transcription s'interconnectent pour réguler l'expression des gènes.

Les travaux se sont concentrés sur le FLC, un gène qui détermine le moment du développement des plantes. Mais le principe qui émerge, de l’équilibre entre la terminaison de la transcription et l’anti-terminaison régulant l’expression des gènes, est pertinent pour la régulation des gènes dans tous les organismes.

La recherche menée par les groupes Caroline Dean et Martin Howard du John Innes Center, en collaboration avec le Laboratoire de biologie moléculaire (LMB) du MRC à Cambridge, montre comment la rétroaction entre le traitement de l'ARN, la structure de la chromatine et la transcription génère deux modes de régulation auto-renforcés. —un « engrenage » transcriptionnel haut ou bas- qui peut passer de l'un à l'autre.

Il est bien connu que la transcription des gènes eucaryotes peut être activée ou désactivée, mais la manière dont cela est lié à la structure de la chromatine n'est pas claire. De nombreuses années de recherche ont révélé que la structure de la chromatine est influencée par l'activité d'enzymes qui déposent et éliminent des modifications chimiques spécifiques des protéines histones associées, mais la façon dont celles-ci influencent le passage de « activé à désactivé » a été un défi.

Le Dr Eduardo Mateo Bonmatí, aujourd'hui chercheur Ramón y Cajal à l'Universidad Politécnica de Madrid et auteur principal de l'un des articles, explique davantage : “Nous avons découvert que la transcription du gène et le traitement de la transcription naissante sont directement liés à un groupe d'enzymes qui modulent la structure de la chromatine.

“Remarquablement, une protéine connue pour réguler la FLC depuis plus de 20 ans, LUMINIDEPENDENS (LD), est au cœur de ce processus, un fait auparavant obscurci en raison de son désordre intrinsèque élevé et de sa faible conservation des acides aminés.

“Grâce aux outils de prédiction de biologie structurale récemment développés et à nos collaborateurs du LMB de Cambridge, nous avons découvert que la LD fait effectivement partie d'une machinerie hautement conservée présente depuis la levure jusqu'à l'homme. Bien que de nombreux détails moléculaires restent à élucider, nos travaux jettent les bases pour de futures études sur la relation entre la transcription et la chromatine.

Alors que le premier article se concentre sur la façon dont le traitement d’une transcription entraîne des changements dans la chromatine, le second examine également l’autre aspect de cette interaction, à savoir comment l’état de la chromatine influence le traitement de la transcription.

Chez FLC, ces interactions dans les deux sens se rejoignent pour former une boucle de rétroaction. La complexité résultant des boucles de rétroaction a rendu ces mécanismes difficiles à démêler jusqu'à présent, même si les composants moléculaires clés impliqués sont connus depuis plus de 15 ans.

Le Dr Govind Menon du John Innes Center et auteur principal du deuxième article décrit comment ils ont résolu ce casse-tête : « La modélisation mathématique a été la clé pour disséquer ce système. En combinant la modélisation avec des expériences moléculaires, génétiques et d'imagerie, et en regardant au fil du temps de développement, nous avons finalement pu distinguer ces interactions de rétroaction. »

“Cela nous a permis de révéler et de caractériser quantitativement les mécanismes moléculaires qui sous-tendent le passage du FLC de l'activation à la désactivation par l'importante voie de floraison autonome. Cette étude représente l'aboutissement de nombreuses années de travail sur cette voie par les groupes Dean et Howard.”

Ensemble, ces résultats de recherche définissent un nouveau paradigme très pertinent pour l'interaction entre la chromatine et la transcription entre les organismes, et comment cela peut façonner l'inactivation des gènes épigénétiques.