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Organisation nucléaire et régulation des activités transcriptionnelles

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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

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Organisation nucléaire et régulation des activités transcriptionnelles

  1. 1. Organisation nucléaire et régulationdes activités transcriptionnellesCatherine MartinUniversité de ManchesterAtelier Paludisme – 7ème éditionInstitut Pasteur de Madagascar 7 avril 2009
  2. 2. Organisation fonctionnelle du vivant:compartimentation et activités cellulaires-les compartiments du cytoplasmecytoplasme sont le siègedes synthsynthèèses de protses de protééinesines (enzymes, hormones,signaux de transduction…) qui vont par la suiteconférer à la cellule sa spécialisation-le noyaunoyau comprenant l’ADNADN, support del’information génétique, qui va commander ledémarrage des synthèses protéiquesD’après: http://biologienet.free.fr/celltissuoirg.gifSource:http://www.fundp.ac.be/sciences/enligne/transition/biologie/images/celluleanimalejack.gifChaque cellule est constituée d’unensemble de compartiments (organitesorganites)associés à des fonctions précises:
  3. 3. Organisation fonctionnelle du noyau: de l’ADN à la chromatineSource: http://www.humans.be/images/chromatine2.jpgDans le noyau, l’ADN se présente suivant différents niveaux de compactionniveaux de compaction:- longue molécule en double hélicefibrefibre d’ADN- qui va s’enrouler autour de nucléosomes(« collier de perles »)chromatinechromatine- sur lesquels d’autres protéines (facteurschromatiniens) vont permettre un niveau decompaction supérieurdomaines chromatiniensdomaines chromatiniens
  4. 4. Organisation fonctionnelle du noyau:des compartiments pour assurer les activités nucléairesLes compartiments chromatiniens ont une organisation spatialeorganisation spatiale précise :-- EuchromatineEuchromatineriche en gènes, active-- HHééttéérochromatinerochromatinepauvre en gènes, silencieuseEnrichies en facteurs chromatiniensparticuliers, qui leur confèrent un degrésde compaction +/- importantDynamiquesDynamiquesD’autres compartiments, riches en protéines, sont dédiés aux différents processus dematuration des ARNs: speckles...NuclNuclééolesoles: sites de transcription des gènes ribosomiques et d’assemblage des ribosomes.Source: http://www.euchromatin.com/Lanctot01F1.jpe
  5. 5. Organisation fonctionnelle du noyau:quels outils pour son exploration?La microscopie optique etmicroscopie optique et éélectroniquelectronique avait déjà permis de visualiserles deux types de chromatine et le nucléole.Notamment la microscopie dite « confocaleconfocale » permet de travailler à une résolution del’ordre de 100nm sur des échantillons vivants.Les avancées des dernièresdécennies en microscopiemicroscopie ààfluorescencefluorescence ont permis des analysesde structure approfondie.Engouement pour l’étude del’organisation du génome.Source: http://imaginglinux2.omrf.ouhsc.edu/
  6. 6. Organisation fonctionnelle du noyau:quels outils pour son exploration?D’après Dundr et Misteli, 2001Cellules FIXEESCellules VIVANTESImmunoImmuno-fluorescence:Expression de protprotééine de fusion autoine de fusion auto--fluorescentefluorescente:Source: www.ens-lyon.fr
  7. 7. Organisation fonctionnelle du noyau:les chromocentres, des compartiments répresseursPaques and Grange, 2002REPRESSION ACTIVATIONPositionnement de gènes « inactifs »à proximité des chromocentrescompartiments rréépresseurspresseursPrésence de grands blocs d’hétérochromatine(correspondant aux centromères) appeléschromocentreschromocentresD’après Maison et Almouzni, 2004
  8. 8. Organisation fonctionnelle du génome en relation avec lamise en route des activités nucléaires dans l’embryonComment s’organisent les chromocentres dans un système où les activitéstranscriptionnelles, d’abord silencieuses, se mettent progressivement en place?
  9. 9. Organisation fonctionnelle du génome en relation avec lamise en route des activités nucléaires dans l’embryonImmunofluorescence pour détecter HP1 (Heterochromatin Protein 1) et desprotéines spécifiques des centromères sur des embryons fixés aux différentsstades de la période préimplantatoire.
  10. 10. Organisation fonctionnelle du génome en relation avec lamise 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. 11. Organisation fonctionnelle du génome en relation avec la mise enroute des activités nucléaires dans l’embryon: imagerie in vivo1-cellule 2-cellulesSblastocysteFRemise en culture2Microinjectiond’un plasmide HP1-GFP1Suivi des embryons vivantsau microscope confocal3ordinateurhuilemilieu deculture0 30min 1h 1h30 2h 2h30
  12. 12. Organisation fonctionnelle du génome en relation avec la mise enroute des activités nucléaires dans l’embryon: imagerie in vivoSuivi des embryons vivantsau microscope confocal3Remise en culture21-cellule 2-cellulesSblastocysteFMicroinjectiond’un plasmide HP1-GFP1imagerie 3Dordinateurhuilemilieu deculture
  13. 13. Organisation fonctionnelle du génome en relation avec lamise en route des activités nucléaires dans l’embryonL’organisation en chromocentres reflète ll’é’état transcriptionneltat transcriptionnel de la cellule.Martin et al., 2006
  14. 14. From Roberts and Der, Oncogene, 2007Raf-ERK-MEK MAPK cascadeRegulation of fundamental routes:proliferationapoptosisdifferentiationmetabolismcell migration...Organisation fonctionnelle du génome en relation avecl’activation des voies de signalisation MAP kinaseCascade de signalisationCascade de signalisation permettantle control de nombreux mécanismescellulaires ubiquitairesComment se comportent leschromocentres quand cette voie estsuractivée?noyaucytoplasmeMilieuextracellulaire
  15. 15. Organisation fonctionnelle du génome en relation avecl’activation des voies de signalisation MAP kinase1- Diminution de la taille du noyau - Élargissement des blocs d’hétérochromatine2- HP1, normalement exclusivement aux chromocentres (c-à-d aux centromères)s’étend sur le reste du génome, surtout aux ttéélomlomèèresresinterphasemitose
  16. 16. Organisation fonctionnelle du génome en relation avecl’activation des voies de signalisation MAP kinaseLes marques d’hétérochromatine reflètent un éétat de difftat de difféérenciationrenciation.L’activation de la voie de signalisation Raf prévient la cancérisation?
  17. 17. Organisation fonctionnelle et dynamique du génome:mise en évidence d’un nucléosqueletteUn nucléosquelette formé de lamines nucllamines nuclééairesaires serait-il impliquédans la dynamique des compartiments?Étude du rôle des lamines de type B1type B1 sur la dynamique des nuclnuclééolesolesSource: http://www.euchromatin.com/Lanctot01F1.jpe
  18. 18. Organisation fonctionnelle et dynamique du génome:mise en évidence d’un nucléosqueletteEn bloquant l’expressiondes lamines de type B1:Nucléoles déstructurésCes effets peuvent être mimés en inhibant la transcriptioninhibant la transcription.
  19. 19. Organisation fonctionnelle et dynamique du génome:mise en évidence d’un nucléosqueletteDouble marquage LB1 – nucléole combiné à LB1-GFPsur des nucléoles isolés biochimiquement (sur gradient densité de sucrose)Présence d’une fraction de LB1 associée aux nucléoles
  20. 20. Organisation fonctionnelle et dynamique du génome:mise en évidence d’un nucléosqueletteMartin et al., 2009RRééseau de filamentsseau de filaments contenant LB1 permettant la dynamiquedynamiqueet la plasticitplasticitéé des compartiments nucléaires
  21. 21. Organisation fonctionnelle du noyau:quelles perspectives?Définition de patrons dpatrons d’’organisation en chromatineorganisation en chromatine qui sont en relation avecll’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 oul’inactivation d’un gèneLes patrons de chromatine sont donc des paramètres qu’il faut maîtriser:pour développer des outils moléculaires entrant dans le cadre desththéérapies grapies gééniquesniquespour mettre au point des programmes de développement de cellulescellulessouchessouchesCompréhension des mécanismes moléculaires associés aux processus decanccancéérisationrisation

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