Organisation nucléaire et régulation des activités transcriptionnelles - Parole de junior de la 7e édition du Cours international « Atelier Paludisme » - Martin Catherine - France - catherine.Martin-2@manchester.ac.uk

1. Organisation nucléaire et régulation
des activités transcriptionnelles
Catherine Martin
Université de Manchester
Atelier Paludisme – 7ème édition
Institut Pasteur de Madagascar 7 avril 2009

2. Organisation fonctionnelle du vivant:
compartimentation et activités cellulaires
-les compartiments du cytoplasmecytoplasme sont le siège
des synthsynthèèses de protses de protééinesines (enzymes, hormones,
signaux de transduction…) qui vont par la suite
conférer à la cellule sa spécialisation
-le noyaunoyau comprenant l’ADNADN, support de
l’information génétique, qui va commander le
démarrage des synthèses protéiques
D’après: http://biologienet.free.fr/celltissuoirg.gif
Source:
http://www.fundp.ac.be/sciences/enligne/transition/bi
ologie/images/celluleanimalejack.gif
Chaque cellule est constituée d’un
ensemble de compartiments (organitesorganites)
associés à des fonctions précises:

3. Organisation fonctionnelle du noyau: de l’ADN à la chromatine
Source: http://www.humans.be/images/chromatine2.jpg
Dans le noyau, l’ADN se présente suivant différents niveaux de compactionniveaux de compaction:
- longue molécule en double hélice
fibrefibre d’ADN
- qui va s’enrouler autour de nucléosomes
(« collier de perles »)
chromatinechromatine
- sur lesquels d’autres protéines (facteurs
chromatiniens) vont permettre un niveau de
compaction supérieur
domaines chromatiniensdomaines chromatiniens

4. Organisation fonctionnelle du noyau:
des compartiments pour assurer les activités nucléaires
Les compartiments chromatiniens ont une organisation spatialeorganisation spatiale précise :
-- EuchromatineEuchromatine
riche en gènes, active
-- HHééttéérochromatinerochromatine
pauvre en gènes, silencieuse
Enrichies en facteurs chromatiniens
particuliers, qui leur confèrent un degrés
de compaction +/- important
DynamiquesDynamiques
D’autres compartiments, riches en protéines, sont dédiés aux différents processus de
maturation des ARNs: speckles...
NuclNuclééolesoles: sites de transcription des gènes ribosomiques et d’assemblage des ribosomes.
Source: http://www.euchromatin.com/Lanctot01F1.jpe

5. Organisation fonctionnelle du noyau:
quels outils pour son exploration?
La microscopie optique etmicroscopie optique et éélectroniquelectronique avait déjà permis de visualiser
les deux types de chromatine et le nucléole.
Notamment la microscopie dite « confocaleconfocale » permet de travailler à une résolution de
l’ordre de 100nm sur des échantillons vivants.
Les avancées des dernières
décennies en microscopiemicroscopie àà
fluorescencefluorescence ont permis des analyses
de structure approfondie.
Engouement pour l’étude de
l’organisation du génome.
Source: http://imaginglinux2.omrf.ouhsc.edu/

6. Organisation fonctionnelle du noyau:
quels outils pour son exploration?
D’après Dundr et Misteli, 2001
Cellules FIXEES
Cellules VIVANTES
ImmunoImmuno-fluorescence:
Expression de protprotééine de fusion autoine de fusion auto--fluorescentefluorescente:
Source: www.ens-lyon.fr

7. Organisation fonctionnelle du noyau:
les chromocentres, des compartiments répresseurs
Paques and Grange, 2002
REPRESSION ACTIVATION
Positionnement de gènes « inactifs »
à proximité des chromocentres
compartiments rréépresseurspresseurs
Présence de grands blocs d’hétérochromatine
(correspondant aux centromères) appelés
chromocentreschromocentres
D’après Maison et Almouzni, 2004

8. Organisation fonctionnelle du génome en relation avec la
mise en route des activités nucléaires dans l’embryon
Comment s’organisent les chromocentres dans un système où les activités
transcriptionnelles, d’abord silencieuses, se mettent progressivement en place?

9. Organisation fonctionnelle du génome en relation avec la
mise en route des activités nucléaires dans l’embryon
Immunofluorescence pour détecter HP1 (Heterochromatin Protein 1) et des
protéines spécifiques des centromères sur des embryons fixés aux différents
stades de la période préimplantatoire.

10. Organisation fonctionnelle du génome en relation avec la
mise en route des activités nucléaires dans l’embryon.
Corrélation entre la formation de chromocentresformation de chromocentres et le ddéémarrage de la transcriptionmarrage de la transcription

11. Organisation fonctionnelle du génome en relation avec la mise en
route des activités nucléaires dans l’embryon: imagerie in vivo
1-cellule 2-cellules
S
blastocyste
F
Remise en culture2
Microinjection
d’un plasmide HP1-GFP
1
Suivi des embryons vivants
au microscope confocal
3
ordinateur
huile
milieu de
culture
0 30min 1h 1h30 2h 2h30

12. Organisation fonctionnelle du génome en relation avec la mise en
route des activités nucléaires dans l’embryon: imagerie in vivo
Suivi des embryons vivants
au microscope confocal
3
Remise en culture2
1-cellule 2-cellules
S
blastocyste
F
Microinjection
d’un plasmide HP1-GFP
1
imagerie 3D
ordinateur
huile
milieu de
culture

13. Organisation fonctionnelle du génome en relation avec la
mise en route des activités nucléaires dans l’embryon
L’organisation en chromocentres reflète ll’é’état transcriptionneltat transcriptionnel de la cellule.
Martin et al., 2006

14. From Roberts and Der, Oncogene, 2007
Raf-ERK-MEK MAPK cascade
Regulation of fundamental routes:
proliferation
apoptosis
differentiation
metabolism
cell migration...
Organisation fonctionnelle du génome en relation avec
l’activation des voies de signalisation MAP kinase
Cascade de signalisationCascade de signalisation permettant
le control de nombreux mécanismes
cellulaires ubiquitaires
Comment se comportent les
chromocentres quand cette voie est
suractivée?
noyau
cytoplasme
Milieu
extracellulaire

15. Organisation fonctionnelle du génome en relation avec
l’activation des voies de signalisation MAP kinase
1- Diminution de la taille du noyau - Élargissement des blocs d’hétérochromatine
2- HP1, normalement exclusivement aux chromocentres (c-à-d aux centromères)
s’étend sur le reste du génome, surtout aux ttéélomlomèèresres
interphase
mitose

16. Organisation fonctionnelle du génome en relation avec
l’activation des voies de signalisation MAP kinase
Les marques d’hétérochromatine reflètent un éétat de difftat de difféérenciationrenciation.
L’activation de la voie de signalisation Raf prévient la cancérisation?

17. Organisation fonctionnelle et dynamique du génome:
mise en évidence d’un nucléosquelette
Un nucléosquelette formé de lamines nucllamines nuclééairesaires serait-il impliqué
dans la dynamique des compartiments?
Étude du rôle des lamines de type B1type B1 sur la dynamique des nuclnuclééolesoles
Source: http://www.euchromatin.com/Lanctot01F1.jpe

18. Organisation fonctionnelle et dynamique du génome:
mise en évidence d’un nucléosquelette
En bloquant l’expression
des lamines de type B1:
Nucléoles déstructurés
Ces effets peuvent être mimés en inhibant la transcriptioninhibant la transcription.

19. Organisation fonctionnelle et dynamique du génome:
mise en évidence d’un nucléosquelette
Double marquage LB1 – nucléole combiné à LB1-GFP
sur des nucléoles isolés biochimiquement (sur gradient densité de sucrose)
Présence d’une fraction de LB1 associée aux nucléoles

20. Organisation fonctionnelle et dynamique du génome:
mise en évidence d’un nucléosquelette
Martin et al., 2009
RRééseau de filamentsseau de filaments contenant LB1 permettant la dynamiquedynamique
et la plasticitplasticitéé des compartiments nucléaires

21. Organisation fonctionnelle du noyau:
quelles perspectives?
Définition de patrons dpatrons d’’organisation en chromatineorganisation en chromatine qui sont en relation avec
ll’é’état transcriptionneltat transcriptionnel de la cellule
(par extension en relation avec l’état de diffdifféérenciationrenciation de la cellule)
L’environnement chromatinien apparaît crucial pour l’expression ou
l’inactivation d’un gène
Les patrons de chromatine sont donc des paramètres qu’il faut maîtriser:
pour développer des outils moléculaires entrant dans le cadre des
ththéérapies grapies gééniquesniques
pour mettre au point des programmes de développement de cellulescellules
souchessouches
Compréhension des mécanismes moléculaires associés aux processus de
canccancéérisationrisation