H MODÈLES DE RÉGULATION TRANSCRIPTIONNELLE DU LOCUS β-GLOBINE
Les manipulations génétiques du locus β-globine et les effets qui en résultent sur la transcription, la sensibilité à la DNase, l’acétylation des histones, etc, ont conduit au développement de deux modèles principaux pour expliquer comment ce locus complexe est régulé (pour des revues, voir Bulger et Groudine, 1999 ; Engel et Tanimoto, 2000 ; Fraser et Grosveld, 1998 ; Orkin, 1995). Ces modèles se concentrent sur la façon dont le LCR et ses régions flanquantes fonctionnent pour réguler l’expression et l’ouverture du locus.
Le modèle de bouclage, ou compétitif, prétend que l’élément de délétion hispanique (contenant le LCR) fonctionne en entrant directement en contact avec le promoteur du gène au sein du locus de β-globine qui doit être exprimé. Il a été démontré que l’initiation de la transcription ne se produit qu’au niveau d’un seul promoteur à un moment donné dans une cellule donnée (Gribnau et al., 1998). Ce modèle explique que l’initiation d’un seul promoteur résulte de la compétition des promoteurs pour le contact avec le LCR. Un tel contact direct nécessiterait évidemment un bouclage de la chromatine intermédiaire, mais il n’y a pas encore de preuve directe d’un tel bouclage. Les transgènes contenant le LCR et un seul gène de globine humaine fœtale (γ) ou adulte (β) ont exprimé les gènes tout au long du développement sans spécificité de développement ; cependant, les transgènes contenant le LCR et les deux gènes ont restauré l’expression normale du développement, indiquant que la compétition entre les gènes est importante pour une expression correctement régulée (Behringer et al., 1990 ; Enver et al., 1990). L’analyse de transgènes contenant une copie supplémentaire du gène de la β-globine et du promoteur a soutenu des conclusions similaires. Lorsque la copie supplémentaire était placée près du LCR (remplaçant le gène de la ∊-globine embryonnaire), elle était exprimée de 10 à 100 fois plus efficacement que la copie du gène de la β-globine qui résidait à son emplacement normal, loin en aval dans le transgène. La transcription de la copie supplémentaire a été détectée à un stade précoce du développement, lorsque seuls les gènes de globine embryonnaires sont normalement exprimés. Lorsque le gène de β-globine supplémentaire a été inséré juste en amont de la copie normale, l’expression des deux copies était à peu près équivalente. Il est important de noter que le niveau total de transcription du gène de la β-globine transgénique est resté constant, quelle que soit la position de la copie supplémentaire, et était approximativement égal à la quantité de transcription dérivée du gène de la β-globine endogène (Dillon et al., 1997). L’inversion du groupe de gènes de la β-globine par rapport au LCR dans une construction transgénique a entraîné de graves perturbations de l’expression génétique. La β-globine était exprimée à tous les stades de développement, tandis que le gène embryonnaire (∊) n’était pas du tout exprimé. La transcription des deux gènes de la γ-globine humaine était également réduite, vraisemblablement en raison de la compétition avec les gènes de la globine adulte pour le LCR. Dans le locus de type sauvage, les niveaux de transcription des deux gènes de γ-globine sont différents. Dans le transgène du cluster de gènes de β-globine inversé, les niveaux d’expression de ces deux gènes étaient inversés, ce qui indique une compétition (Tanimoto et al., 1999). Ces résultats soutiennent que la proximité du LCR est un déterminant important de la transcription des gènes dans le locus β-globine.
Le modèle de liaison propose que le contact direct entre les éléments régulateurs n’a pas à se produire. Il est proposé que la région régulatrice de la délétion hispanique et d’autres éléments chromatiniens inconnus servent de plateformes pour propager des structures chromatiniennes ouvertes dans tout le locus. La chromatine serait ouverte et maintenue dans cette configuration par des complexes protéiques qui s’étendent linéairement le long de l’ADN. Ces complexes relieraient donc le LCR aux promoteurs. Les promoteurs de gènes distincts serviraient alors à recruter des facteurs spécifiques du développement et des gènes pour l’expression des gènes individuels. Des analyses de transgènes contenant le LCR humain et des gènes individuels tels que le gène de la globine embryonnaire (∊) et les gènes de la globine fœtale (γ) ont démontré que l’expression développementale correcte de ces gènes se produit en l’absence de tout autre gène de globine (Dillon et Grosveld, 1991 ; Lloyd et al., 1992 ; Shih et al., 1990). Ces données semblent être en contradiction avec d’autres études (Behringer et al., 1990 ; Enver et al., 1990). On peut supposer que des différences dans les constructions transgéniques, et donc dans les éléments régulateurs agissant en cis qui ont été inclus, expliquent ces divergences. La compétition peut être expliquée par le modèle de liaison, par exemple en invoquant des éléments de limite qui empêchent la propagation de l’accessibilité. On a proposé que les promoteurs du gène de la globine agissent à ce titre et empêchent l’ouverture du locus en aval (Bulger et Groudine, 1999).
L’un ou l’autre des modèles, ou une combinaison de ceux-ci, pourrait expliquer la modulation de la structure chromatinienne qui sous-tend le contrôle cellulaire du réarrangement des gènes des récepteurs d’antigènes. Le modèle de bouclage fournit un mécanisme attrayant permettant à un élément agissant en cis d’influencer des éléments distants sans qu’il soit nécessaire de perturber la structure chromatinienne de l’ADN intermédiaire. Par exemple, une interaction directe entre l’amplificateur intronique d’IgH et un promoteur VH pourrait ouvrir sélectivement la structure chromatinienne entourant le RSS de ce segment de gène V et amener le RSS à proximité du segment de gène DJ. Le modèle de liaison fournit un moyen attrayant par lequel les altérations structurelles de la chromatine peuvent être propagées à partir d’un élément pour englober un domaine entier. Par exemple, l’accessibilité du locus TCRβ pourrait commencer au niveau de l’exhausteur et se déplacer en amont à travers les segments du gène D jusqu’aux segments du gène V, permettant un accès progressif au RSS.