Les cohésines de levure régulent la formation de boucles de chromatine en métaphase

L'organisation tridimensionnelle des chromosomes doit être régulée afin d'assurer le bon fonctionnement de processus biologiques tels que la transcription, la réparation ou encore la ségrégation. L'anneau formé par le complexe cohésine est un régulateur important de cette organisation dans de nombreuses espèces, notamment chez les mammifères où il établit des boucles de chromatine lors de l'interphase. Dans cette étude, publiée dans la revue Molecular Cell, les chercheurs montrent que de telles boucles structurent également les chromosomes de levure en métaphase et caractérisent les protéines régulant leur taille et positionnement.

Le moteur moléculaire cohésine est un complexe protéique en forme d'anneau faisant partie de la famille des complexes impliqués dans la maintenance de la structure des chromosomes (SMC), dont les membres sont conservés chez les eucaryotes comme chez les procaryotes et les archées. Jusqu'à récemment, la cohésine était principalement étudiée pour son rôle clé dans le maintien de la cohésion des chromatides-soeurs après réplication, une cohésion nécessaire pour assurer leur fidèle ségrégation lors de la séparation des chromosomes, étape appelée anaphase.

De nombreuses études, principalement conduites chez les mammifères, montrent que, en plus de ce rôle, ce complexe établit et maintient des boucles de chromatine le long des chromosomes en interphase, c'est-à-dire hors des périodes de division cellulaire. Il est proposé que la cohésine initie la formation de ces boucles en capturant de petites boucles à travers son anneau, qui sont alors progressivement agrandies grâce à son moteur moléculaire promouvant un déplacement le long de la molécule d'ADN. Bien que leur(s) rôle(s) exact(s) reste(nt) intensivement étudié(s), ces boucles semblent impliquées dans la régulation de processus biologiques tels que la transcription. En effet, des régions activatrices ou répressives éloignées d'un gène peuvent se rapprocher de celui-ci à la faveur du repliement de la chromatine induit par les boucles, afin de l'activer ou de le réprimer. Les mécanismes qui régulent la formation, l'extension et le positionnement de ces boucles sont activement étudiés.


En utilisant la capture de conformation de chromosomes (Hi-C) sur des souches de levure de boulangerie Saccharomyces cerevisiae mutées pour différentes protéines du complexe cohésine, les chercheurs ont révélé que ce complexe était capable d'induire des boucles de chromatine, non en interphase, mais en métaphase (stade de la mitose où les chromosomes dupliqués sont encore regroupés avant l'anaphase). La mise en évidence de ces boucles, de bien plus petite taille que celles retrouvées chez les mammifères, a nécessité la mise en place d'un protocole permettant d'obtenir des matrices de contacts d'une résolution de 1kb. Ces boucles sont établies indépendamment de la cohésion des chromatides soeurs, et jouent un rôle dans la compaction chromosomique.

De nouveaux acteurs protéiques régulant la taille de ces boucles d'ADN ont par ailleurs été caractérisés. Ainsi, les protéines Eco1 et Wpl1, également trouvées dans le complexe cohésine de l'homme, régulent négativement l'extension des boucles d'ADN. Wpl1 empêche la formation des boucles d'ADN en dissociant les cohésines sur l'ADN, alors que Eco1 inhibe l'extension des boucles en verrouillant le moteur moléculaire des cohésines nécessaire à leur avancée sur l'ADN. Ces protéines sont recrutées sur la cohésine par la protéine Pds5, via deux voies indépendantes qui régulent donc le positionnement des boucles et leurs tailles.

Cette étude montre que les processus moléculaires de formation de boucles de chromatine régulées par la cohésine sont conservés entre l'homme et la levure, mais qu'ils ont été sélectionnés au cours de l'évolution pour répondre à des fonctions biologiques différentes.

En savoir plus
Regulation of Cohesin-Mediated Chromosome Folding by Eco1 and Other Partners.

Dauban L, Montagne R, Thierry A, Lazar-Stefanita L, Bastié N, Gadal O, Cournac A, Koszul R, Beckouët F.
Mol Cell. 2020 Jan 28. pii: S1097-2765(20)30040-X. doi: 10.1016/j.molcel.2020.01.019.

Contacts:
- Romain Koszul- Chercheur CNRS au Département génomes et génétique - romain.koszul at pasteur.fr
- Frédéric Beckouët - Chercheur CNRS au Laboratoire de biologie moléculaire des eucaryotes - frederic.beckouet at ibcg.biotoul.fr

Laboratoires:

Département Génomes et Génétique (CNRS / Institut Pasteur)
28 rue du Dr. Roux.
75724 Paris Cedex 15.

Laboratoire de biologie moléculaire des eucaryotes (LBME / CBI) (CNRS / Université de Toulouse Paul Sabatier)
118 route de Narbonne.
31000 Toulouse.