Facteur de transcription RBPJ / CSL: Un examen à l’échelle du génome de la régulation transcriptionnelle

Le régulateur transcriptionnel RBPJ, autrement connu sous le nom de CSL (« CBF-1, Suppresseur de Glabre, Lag-2 », d’après ses orthologues mammaliens, Drosophila et Caenorhabditis elegans) est une protéine de liaison à l’ADN hautement conservée qui joue un rôle central dans les décisions de destin cellulaire chez les métazoaires. RBPJ médie la signalisation canonique d’encoche (1). En l’absence d’encoche active, on pense que la RBPJ est principalement un répresseur transcriptionnel qui existe dans des complexes avec des corépresseurs (2). Lorsqu’il est lié au domaine intracellulaire actif de Notch (NICD), RBPJ recrute un complexe coactivateur, y compris un homologue du cerveau (MAML1-3 chez les mammifères), et pilote un programme transcriptionnel complexe avec des effets phénotypiques omniprésents. Ce programme est utilisé pendant le développement et l’homéostasie des tissus adultes, et est fréquemment déréglé dans le cancer (3, 4). Dans le système hématopoïétique, Notch / RBPJ contrôle, entre autres, l’engagement des progéniteurs lymphoïdes communs dans la lignée des lymphocytes T et l’expansion des cellules de la zone marginale B (5). L’activation aberrante du programme transcriptionnel Notch–RBPJ dans les cellules de la lignée T conduit à la leucémie lymphoblastique T (T-LL), et est l’altération génétique la plus fréquente trouvée dans cette malignité (6). L’oncoprotéine EBNA2 du virus d’Epstein–Barr (EBV), essentielle à l’activité transformatrice de l’EBV, est connue depuis un certain temps pour imiter la NICD et activer la RBPJ (7, 8). L’immortalisation induite par l’EBV est une cause importante de tumeurs malignes à cellules B telles que le lymphome de Burkitt et certains lymphomes de Hodgkin, ainsi que de troubles lymphoprolifératifs chez les patients immunodéprimés (9, 10). La structure de la RBPJ liée à l’ADN en complexe avec la NICD et un fragment de MAML1 a été résolue (11, 12). Cependant, le mécanisme par lequel RBPJ est capable d’activer différents programmes transcriptionnels dans différentes cellules reste incertain. Comprendre comment la RBPJ contrôle les programmes d’expression génique des cellules T et B nous donnera des informations précieuses sur la détermination du devenir physiologique des cellules et la transformation néoplasique. Deux rapports dans PNAS (13, 14) éclairent les fonctions de la RBPJ au niveau génomique.

Les deux groupes (13, 14), qui ont largement collaboré à ces projets, ont utilisé le séquençage par puce/séquençage profond à l’échelle du génome pour identifier les sites génomiques qui se lient à la RBPJ dans différentes conditions et pour rechercher d’autres facteurs de transcription qui se lient de manière concomitante ou concurrentielle à la RBPJ. Les interactions à longue distance entre les sites de chromatine ont été identifiées en utilisant la capture de conformation de la chromatine suivie d’un séquençage profond.

Dans les cellules T-LL murines et humaines, Zhao et al. (13) ont signalé que la RBPJ se lie préférentiellement aux sites promoteurs, mais la majorité des gènes cibles directs de Notch n’ont pas de Notch1 lié au promoteur (c’est-à-dire NICD1) ou de RBPJ. La régulation transcriptionnelle semble résulter principalement d’interactions à longue distance au niveau des sites d’amplification. Des sites d’amplificateurs putatifs ont été identifiés à proximité de gènes tels que MYC, DTX1, IGF1R, IL7R et le cluster GIMAP. Fait intéressant, une fraction significative des sites génomiques liés à RBPJ uniquement, même en présence de NICD1. Cette découverte pourrait avoir de multiples explications: (i) RBPJ peut réguler la transcription de manière indépendante des encoches; (ii) Les sites « uniquement » RBPJ peuvent ne pas se lier à Notch1, mais peuvent être capables de se lier à un autre des quatre paralogues de Notch chez les mammifères; ou (iii) Les sites uniquement RBPJ identifiés dans les cellules T-LL, qui sont principalement associés à des marqueurs de chromatine répressifs, pourraient être inaccessibles à Notch1 dans ces cellules en raison de la présence d’autres protéines concurrentes (par exemple, des complexes corépresseurs stables), mais peuvent être accessibles à Notch1 dans d’autres types de cellules. Les motifs de liaison aux facteurs de transcription enrichis à moins de 250 pb des sites Notch1 comprenaient ZNF143 (qui contient un site RBPJ intégré à haute affinité), ainsi que des sites ETS et RUNX. Pour les sites RBPJ, les motifs CREB, ETS et RUNX ont été fortement enrichis à moins de 250 pb des sites confirmés. Les sites CREB/RBPJ contenaient des motifs RBPJ à plus faible affinité, mais avaient un signal RBPJ plus fort. Prises ensemble, ces observations suggèrent que les facteurs de la famille ETS et RUNX coopèrent avec Notch / RBPJ dans les cellules T-LL, conformément à leurs rôles connus dans le développement des cellules T et la signalisation Notch. La liaison de la RBPJ à des sites à faible affinité peut être modulée par la disponibilité de CREB. Une découverte unique est le rôle de la protéine ZNF143 du doigt de zinc dans la signalisation Notch / RBPJ. ZNF143 a été trouvé avec Notch1 et RBPJ dans une fraction significative des sites. In vitro, la liaison de l’ADN par ZNF143 et RBPJ s’excluait mutuellement. Ceci suggère un modèle dans lequel ZNF143 lié à l’ADN contrôle l’accessibilité des sites RBPJ aux complexes Notch/RBPJ. Les sites ZNF143 ont été associés à une prévalence de marques de chromatine répressives, tout comme les sites réservés à la RBPJ. Figue. 1A décrit schématiquement un modèle possible pour ces interactions. Une question ouverte est le rôle possible de la dimérisation du complexe transcriptionnel Notch dans les interactions à longue distance contrôlant la transcription. Une dimérisation du complexe transcriptionnel Notch via Notch1 a été observée au niveau du promoteur (15), et peut se produire sur de longues distances d’ADN par bouclage de la chromatine.

Fig. 1.

(A) Modèle de travail de la diaphonie ZNF143-Notch/RBPJ. ZNF143 occupe des sites d’ADN qui se chevauchent avec des éléments RBPJ. Lorsque ZNF143 est lié, RBPJ ne l’est pas. Lorsque ZNF143 se dissocie, les sites peuvent être occupés par des complexes RBPJ uniquement, qui peuvent contenir des corépresseurs SMRT et SKIP, nécessaires au ciblage de RBPJ vers le noyau (2). L’occupation du ZNF143 et du RBPJ uniquement est principalement associée à la répression transcriptionnelle. En présence d’Entaille active, des complexes Notch/ RBPJ / MAML se forment. Ceux-ci recrutent du p300 et d’autres coactivateurs et sont principalement associés à l’activation transcriptionnelle. B) Modèle de travail de la diaphonie EBF-EBNA2/RBPJ. Les sites de liaison de consensus EBF contiennent des sites RBPJ intégrés à haute affinité. Les mêmes sites sont probablement utilisés par les dimères EBF ou RBPJ à des moments différents. Les complexes EBNA2/RBPJ peuvent se lier à l’ADN après la dissociation du dimère EBF, ou le monomère EBF peut se lier aux complexes RBPJ/EBNA2. Ces sites sont généralement associés à des marqueurs d’activité transcriptionnelle. EBNA-LP est une protéine coactivatrice recrutée par le domaine acide C-terminal d’EBNA2 (19).

Dans les cellules lymphoblastoïdes proliférantes (LCL) exprimant EBNA2, Wang et al. (14) ont constaté que EBNA2 et RBPJ se lient principalement aux sites non promoteurs, 72 % des sites EBNA2 se trouvant à moins de 100 pb d’un site RBPJ. Cependant, il y avait un nombre important de sites EBNA2 uniquement et RBPJ uniquement. Outre RBPJ, les 500 pb autour des sites EBNA2 ont été enrichis en EBF, ETS, RUNX, PU.1, et sites NF-kB (RELA). Ceci était fortement corrélé avec les données d’occupation réelles de ces facteurs de transcription. Sites ETS et RUNX, mais pas PU.les sites 1 et NF-kB ont également été observés dans les cellules T-LL à proximité des sites Notch/RBPJ. L’analyse en grappes des sites EBNA2 basée sur des facteurs associés a classé les sites EBNA2/ RBPJ en six sous-groupes avec différentes combinaisons de cofacteurs. Tous les groupes contenaient RBPJ en combinaison avec RELA-ETS, EBF-RUNX, EBF, ETS, no other factors et RUNX. Les marques de chromatine (H3K4me1) et l’occupation de la p300 suggèrent une activité transcriptionnelle différente parmi ces groupes, les RELA-E étant les plus actives et RUNX les moins actives. Ceci suggère que la présence ou l’absence de cofacteurs transcriptionnels module l’activité transcriptionnelle des sites EBNA2/RBPJ. Fait intéressant, lorsque les marques de chromatine associées aux sites EBNA2 dans les LCL ont été comparées à celles des lymphocytes B au repos non infectés (LBLB), il y avait un chevauchement remarquable, avec la même hiérarchie de sites que dans les LCL. Cela suggère que EBNA2 ne modifie pas fondamentalement le programme transcriptionnel des SLBR, mais tire parti de leur programme existant en ciblant les JBR sur des sites de chromatine ouverte qui participent à la détermination du devenir des lymphocytes B. L’EBF, qui se lie à un motif d’ADN contenant un site RBPJ intégré à haute affinité, peut agir comme un facteur « pionnier », ouvrant des sites de chromatine occupés par des complexes EBNA2/ RBPJ. La façon dont EBF facilite l’activité EBNA2 / RBPJ reste incertaine. Les dimères EBF et la RBPJ sont susceptibles de s’exclure mutuellement pour lier ces sites, mais un monomère EBF et la RBPJ pourraient se lier de manière coopérative. L’existence de tels complexes reste à tester. Figue. 1B illustre deux modèles possibles pour ces interactions. Contrairement au site ZNF143, les sites EBNA2/RBPJ/EBF étaient fréquemment associés à des marqueurs de l’activité transcriptionnelle de la chromatine. En ce qui concerne Notch1 dans les cellules T-LL, les gènes conditionnellement régulés par EBNA2 dans les LCL semblaient dépendre en grande partie de multiples interactions de la chromatine à longue portée avec des améliorateurs de plus de 2 kb à partir des sites de départ transcriptionnels; 39% de ces interactions étaient interchromosomiques. Le gène MYC est important dans la transformation des cellules B et est une cible Notch dans T-LL. Zhao et coll. (13) ont montré que les sites candidats les plus probables pour la régulation MYC médiée par EBNA2/ RBPJ sont les sites EBNA2/ RBPJ à -428 à -556 ko des sites de démarrage transcriptionnel MYC. Ces sites avaient des caractéristiques d’amplificateurs actifs, avec des signaux EBF, RELA, H3K4me1, H3K9ac, PolII et p300. Fait remarquable, ces sites étaient également actifs dans la LBLR, bien que moins, ce qui suggère encore une fois qu’EBNA2 « détourne » un programme transcriptionnel préexistant qui utilise la RBPJ dans la détermination du devenir des cellules B, et que la différence entre les LBLR et les LCL est plus quantitative (i.e., force et/ou durée de l’activité transcriptionnelle) que qualitative. Il est intéressant de noter que Notch1 et EBNA2 semblent activer la transcription MYC à travers différents renforceurs putatifs dans les cellules T-LL et LCL, respectivement. Comme Notch1 (15), EBNA2 est capable d’auto-association (16). Une possibilité intrigante est que les différences d’utilisation du site entre les complexes NICD/RBPJ et EBNA2/RBPJ peuvent dépendre des interactions physiques entre des complexes transcriptionnels contenant Notch ou EBNA2 médiant le bouclage de la chromatine.

La « dépendance au contexte » est un terme fréquemment utilisé pour décrire des conditions cellulaires mal comprises qui modifient les effets moléculaires et phénotypiques de la signalisation Notch / RBPJ. Il existe probablement de nombreuses couches de « contexte » (par exemple, activité d’autres voies, coexistence de mutations oncogènes, expression de microARN). Ces deux études (13, 14) commencent à donner une signification mécaniste au contexte au niveau de la chromatine, montrant comment Notch et EBNA2 peuvent conduire RBPJ à adopter différents programmes transcriptionnels en fonction de la coopération avec d’autres facteurs de transcription et des interactions intra et interchromosomiques à longue distance. Le rôle essentiel des interactions à longue portée de la chromatine ressemble à ce qui a été observé pour le récepteur des œstrogènes α (17, 18) et est probablement un phénomène général de régulation transcriptionnelle.

Notes de bas de page

  • ↵ 1E-mail : lmiele {at}umc.edu .
  • Contribution de l’auteur: L.M. a écrit le document.

  • L’auteur ne déclare aucun conflit d’intérêts.

  • Voir les articles complémentaires aux pages 14902 et 14908.

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