VIDEO - Génétique: structure atomique de SAGA et son rôle dans la transcription
Publié par Adrien le 10/02/2020 à 08:00
Source: CNRS INSB
Le co-activateur SAGA est une machine moléculaire impliquée dans l'expression des gènes et la différentiation cellulaire. Composé de 19 protéines, SAGA fait le lien entre l'organisation du génome sous forme de chromatine, les voies de signalisation cellulaires et l'initiation de la transcription prélude à la synthèse d'ARN messager. La structure atomique de SAGA obtenue par cryo microscopie (La microscopie est l'observation d'un échantillon (placé dans une préparation microscopique plane de faible épaisseur) à travers le microscope. La microscopie permet de rendre visible des éléments invisibles à...) électronique illumine ces différentes fonctions et explique comment SAGA interagit avec la protéine (Une protéine est une macromolécule biologique composée par une ou plusieurs chaîne(s) d'acides aminés liés entre eux par des liaisons peptidiques. En...) TBP et régule (Les régules sont des alliages d'étain ou de plomb et d'antimoine.) son activité (Le terme d'activité peut désigner une profession.) d'initiation de la transcription. Ces résultats sont publiés dans la revue Nature.

L'expression des gènes doit continuellement être modulée pour assurer la survie, la croissance et la différentiation cellulaire. Les produits de tous les gènes ne sont pas utiles à chaque étape de la vie (La vie est le nom donné :) cellulaire et l'essentiel du génome (Le génome est l'ensemble du matériel génétique d'un individu ou d'une espèce codé dans son ADN (à l'exception de certains...) est silencieux, empaqueté sous forme de chromatine limitant l'accès aux séquences d'ADN régulatrices placées en amont des gènes. Pour initier la transcription d'un gène (Un gène est une séquence d'acide désoxyribonucléique (ADN) qui spécifie la synthèse d'une chaîne de polypeptide ou d'un acide...) particulier, ces séquences d'ADN promotrices sont reconnues par des protéines activatrices en réponse aux voies de signalisation cellulaires. Ces activateurs induisent une reprogrammation de l'organisation (Une organisation est) de la chromatine pour libérer l'information génétique (La génétique (du grec genno γεννώ = donner naissance) est la science qui étudie l'hérédité et les gènes.) et la rendre accessible à la machinerie de transcription.


Structure atomique du co-activateur transcriptionnel SAGA déterminée par cryo-microscopie électronique. La sous-unité Tra1 est représentée en beige et TBP en vert sombre.
© Gabor Papai

Recruté par les activateurs, le complexe multiprotéique SAGA (un acronyme pour Spt-Ada-Gcn5-Acetyltransferase) modifie la chromatine grâce à deux activités enzymatiques. La sous-unité Gcn5 permet d'acétyler des résidus lysine, notamment des histones, autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne à 31 espèces d'oiseaux qui, soit appartiennent au genre...) desquelles s'enroule l'ADN pour former le nucléosome, l'unité de base de la chromatine. L'acétylation des histones participe à la décompaction de la chromatine. SAGA est également capable d'interagir avec la protéine TBP (pour TATA-box Binding Protein) dont le rôle est central pour la transcription de tous les gènes. En effet, la protéine TBP initie l'assemblage de la machinerie de transcription et positionne l'ARN polymérase en amont du gène à transcrire afin de synthétiser un ARN messager selon les instructions codées par l'ADN. SAGA régule l'interaction (Une interaction est un échange d'information, d'affects ou d'énergie entre deux agents au sein d'un système. C'est une action réciproque qui suppose l'entrée en contact de sujets.) de TBP avec promoteur des gènes et empêche la transcription illégitime de séquences d'ADN non codantes. Pour mieux comprendre comment SAGA assure ses fonctions une étude structurale de SAGA en complexe avec la protéine TBP a été réalisée.

Pour étudier son organisation spatiale, SAGA a été purifié à partir d'extraits de levure (Une levure est un champignon unicellulaire apte à provoquer la fermentation des matières organiques animales ou végétales. Les levures sont employées pour la fabrication du vin, de la bière, des spiritueux, des...). Cette première étape, cruciale pour obtenir une population homogène de molécules, est compliquée par la faible abondance de SAGA dans chaque cellule et par sa sensibilité à l'action des protéases cellulaires. Une étude préliminaire des conditions de purification a été nécessaire pour obtenir des molécules identiques de qualité irréprochable. Les chercheurs ont ensuite utilisé un cryo microscope électronique Titan (Cliquez sur l'image pour une description) pour enregistrer une image agrandie des molécules dont les dimensions (Dans le sens commun, la notion de dimension renvoie à la taille ; les dimensions d'une pièce sont sa longueur, sa largeur et sa profondeur/son...) n'excèdent pas 30 milliardièmes de mètre (Le mètre (symbole m, du grec metron, mesure) est l'unité de base de longueur du Système international (SI). Il est défini, depuis 1983, comme la distance parcourue par la lumière dans le vide en...) ou 30 nanomètres. La molécule (Une molécule est un assemblage chimique électriquement neutre d'au moins deux atomes, qui peut exister à l'état libre, et qui représente la plus petite quantité de...) est figée dans un film de glace (La glace est de l'eau à l'état solide.) amorphe pour préserver au mieux son architecture (L’architecture peut se définir comme l’art de bâtir des édifices.) sous forme hydratée, mais ceci requiert que l'observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête...) se fasse en conditions cryogéniques à une température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie courante, elle est reliée aux sensations de...) de -176°C. Deux millions d'images moléculaires ont été enregistrées puis combinées pour construire une représentation en trois dimensions de SAGA. Après affinement de la structure, des détails aussi petits que 0.35 nanomètre ont pu être détectés et un modèle positionnant plus de 40.000 atomes (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut diviser ») est la plus petite partie d'un corps simple pouvant se combiner chimiquement avec une autre. Il est...) de SAGA a pu être proposé (Figure).

Structure atomique du co-activateur transcriptionnel SAGA déterminée par cryo-microscopie électronique. La sous-unité Tra1 est représentée en beige et TBP en vert sombre.
© Gabor Papai

L'organisation spatiale de SAGA nous renseigne sur ses fonctions biologiques et sur les mécanismes qui régulent l'interaction de TBP avec l'ADN. L'un des deux lobes constituant SAGA est presque entièrement occupé par la sous-unité protéique géante (Une étoile géante est une étoile de classe de luminosité II ou III. Dans le diagramme de Hertzsprung-Russell, les géantes forment deux branches au-dessus de la séquence...) Tra1 formée de 3800 acides aminés organisés en répétions d'hélice-boucle-hélice appelé HEAT et comportant un domaine kinase inactif. Ce module est essentiel pour interagir avec les protéines activatrices et pour recruter SAGA en amont des gènes à transcrire. La sous-unité humaine TRRAP, homologue à Tra1, est fréquemment mutée dans certaines formes de cancer (Le cancer est une maladie caractérisée par une prolifération cellulaire anormalement importante au sein d'un tissu normal de l'organisme, de telle manière que la survie de ce dernier est...) et les chercheurs ont pu cartographier ces mutations sur la structure tridimensionnelle.

Les modules enzymatiques qui permettent de modifier les nucléosomes de la chromatine sont extrêmement mobiles et rattachés au coeur de SAGA par des liens protéiques flexibles. Cette liberté de mouvement est sans doute nécessaire pour reconnaitre le substrat une fois que SAGA est lié à l'ADN. La sous-unité Taf5 joue (La joue est la partie du visage qui recouvre la cavité buccale, fermée par les mâchoires. On appelle aussi joue le muscle qui sert principalement à...) un rôle organisateur central dans la mesure où 11 domaines protéiques contactent Taf5 qui devient ainsi un hub de connexion et de communication (La communication concerne aussi bien l'homme (communication intra-psychique, interpersonnelle, groupale...) que l'animal (communication intra- ou inter- espèces) ou la machine (télécommunications, nouvelles technologies...), ainsi que...) au sein de l'assemblage. Sept protéines de SAGA contiennent un motif protéique homologue aux histones (deux dans le cas de la sous-unité Spt3) et forment une structure similaire à l'octamère d'histones présent dans le nucléosome. La structure octamérique est toutefois déformée pour permettre à Spt3 d'interagir avec TBP dont le site d'interaction a pu être révélé pour la première fois avec des détails atomiques. Située en périphérie (Le mot périphérie vient du grec peripheria qui signifie circonférence. Plus généralement la périphérie désigne une limite éloignée d'un objet ou d'une chose.) de SAGA, TBP est séquestrée par plusieurs sous-unités de SAGA et se trouve dans l'incapacité d'interagir avec l'ADN qui ne peut s'approcher suffisamment près de TBP. Cette inhibition régule l'accès de TBP aux séquences promotrices des gènes et n'est levée qu'en présence d'une autre protéine appelée TFIIA.

La structure de SAGA explique de nombreuses observations génétiques sur le rôle de ses sous-unités et établi un nouveau paradigme pour la régulation (Le terme de régulation renvoie dans son sens concret à une discipline technique, qui se rattache au plan scientifique à l'automatique.) de la fonction de TBP.

Pour en savoir plus:

Structure of SAGA and mechanism of TBP deposition on gene promoters.
Papai G, Frechard A, Kolesnikova O, Crucifix C, Schultz P, Ben-Shem A.
Nature. 2020 Jan;577(7792):711-716. doi: 10.1038/s41586-020-1944-2. Epub 2020 Jan 22.

Laboratoire:

Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute for Theoretical Physics est un tel institut.) de génétique et de biologie (La biologie, appelée couramment la « bio », est la science du vivant. Prise au sens large de science du vivant, elle recouvre une partie des...) moléculaire et cellulaire-IGBM (CNRS / Inserm / Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission (études supérieures). Aux États-Unis, au moment où les...) de Strasbourg)
1, rue (La rue est un espace de circulation dans la ville qui dessert les logements et les lieux d'activité économique. Elle met en relation et structure les différents quartiers,...) Laurent Fries - 67404 Illkirch.
Page générée en 0.889 seconde(s) - site hébergé chez Amen
Ce site fait l'objet d'une déclaration à la CNIL sous le numéro de dossier 1037632
Ce site est édité par Techno-Science.net - A propos - Informations légales
Partenaire: HD-Numérique