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Les papillomavirus et la régulation de la transcription

Auteur : Dr. Isabelle BOUALLAGA

Institut Pasteur - Unité "Expression génétique et Maladies", Département de Biologie du Développement, Paris - France.


Chapitre III. La transcription virale.

I. Transcription et cycle viral.

II. La transcription virale peut être régulée par des protéines virales.

III. Les promoteurs précoces sont régulés par des facteurs de transcription cellulaires :

Les facteurs viraux utilisent donc des mécanismes moléculaires très différents pour moduler la transcription des gènes. Ils sont très efficaces et très spécifiques du virus auquel ils appartiennent. Cependant, ces protéines ne sont pour la plupart pas présentes dans la capside virale et ne peuvent donc pas intervenir lors des premières étapes transcriptionnelles. La transcription des gènes viraux précoces est donc le plus souvent dépendante de protéines cellulaires captées par les régions amplificatrices des promoteurs viraux. L’étude des promoteurs viraux a permis l’identification de nombreux régulateurs transcriptionnels cellulaires. C’est notamment chez les virus (SV40) qu’a été décrit le premier amplificateur transcriptionnel. Je n’essaierai pas ici d’être exhaustive quant à l’implication des facteurs de transcription cellulaires dans l’initiation de la transcription virale, mais j’essaierai plutôt, par la description de quelques exemples, de donner une image de la variété existante.


III.1. SV40 : une activation par la répétition :

La transcription des gènes du virus SV40 est contrôlée par une région non codante d’environ 400 pb située entre les gènes précoces et tardifs (Figure 20A) (Wildeman, 1988). Cette région peut être divisée en trois parties, la région promotrice en elle-même, qui contient une boîte TATA et quatre sites d’initiation de la transcription, trois éléments répétés de 21 pb (riches en G/C), et deux éléments parfaitement répétés de 72 pb. Le fonctionnement maximal de la transcription requière tous ces éléments.

La transcription des gènes précoces s’initie, au début du cycle viral, aux deux sites EES (EE1 et EE2), qui sont sous la dépendance de la boîte TATA (Figure 20A). En effet, des délétions entre cette boîte et les sites EES font apparaître de nouveaux sites d’initiation, 30 nucléotides après la boîte TATA. Par contre, ces délétions n’ont aucun effet sur l’initiation tardive médiée par les deux sites LES (LE1 et LE2) placés en amont. La transition entre les deux sites d’initiation de la transcription EES et LES implique l’antigène T, qui bloque l’utilisation des sites EES, induit la réplication du génome viral et active la transcription médiée par les sites LES, en se fixant sur trois séquences autour de l’origine de réplication (Figure 20A) (Reed et al., 1976).




Figure 20: Promoteurs viraux: SV40 et CMV.


En amont de la boîte TATA, on trouve une séquence de 21 pb répétée trois fois, les deux boîtes distales étant répétées exactement alors que la plus proximale n’est que fortement homologue (Figure 20A). Les trois boîtes interviennent dans l’activation transcriptionnelle du promoteur précoce, de façon additive, chacune ayant son importance : la boîte proximale est la plus importante pour l’initiation médiée par EES, alors que les deux autres boîtes sont importantes pour l’initiation médiée par EES et LES. Ces boîtes contiennent des séquences riches en G/C constituant des sites de fixation pour le facteur de transcription SP1 (CCGCCC) (Dynan and Tjian, 1983). Il y a deux sites SP1 par répétition, six protéines se fixent donc au promoteur. Cette région répétée semble avoir une topologie particulière, importante pour l’activation de la transcription : bien que les sites SP1 puissent être inversés (effet enhancer), des insertions de 40 nucléotides font apparaître de nouveaux sites d’initiation (déplacés d’autant de nucléotides insérés), et des délétions de 5, 10, 15, et 20 nucléotides (qui représentent 0,5-1-1,5 et 2 tours d’hélice respectivement), affectent successivement les sites d’initiation EE1 (10 et 20) ou EE2 (5 et 15), suggérant une étroite coopération entre les protéines SP1 et l’ARNpolII (Vasseur, 1989).

La troisième région, constituée des deux répétitions d’une boîte de 72 pb constitue un amplificateur transcriptionnel capable d’activer la transcription d’un promoteur hétérologue, indépendamment de son orientation et de sa position (Figure 20A). Comme les sites SP1, la répétition est fonctionnellement additive. Chaque élément contient des sites de fixation aujourd’hui bien définis : un site GT-I qui se lie au facteur de transcription TEF-2 (Davidson et al., 1988), un site de fixation pour AP-2 (Imagawa et al., 1987), un site de fixation pour le facteur Oct-2, deux sites Sph (I et II) chevauchant le site Oct, et qui fixeraient le facteur de transcription TEF-1 (Xiao et al., 1991), et un site AP-1, qui semble cependant non essentiel (Wildeman, 1988). Le site AP-2 serait important pour l’autorégulation par l’antigène T, celui-ci inhibant par titration la fixation de AP-2 sur son site (Mitchell et al., 1987).

Les sites chevauchants Oct et Sph sont importants pour la spécificité tissulaire de la transcription, le site Oct fixant la protéine Oct-2 dans les cellules non permissives (Oct-2 étant spécifiquement exprimée dans les lymphocytes et dans les cellules nerveuses), alors que TEF-1 fixe les sites Sph dans les cellules permissives (Xiao et al., 1991). La topologie de cette séquence en relation avec les répétitions de 21 pb semble importante des insertions de 5, 15 ou 25 nucléotides étant plus délétères que des insertions en phase (Vasseur, 1989).


III.2. Le promoteur des gènes immédiats précoces du virus CMV est sous la dépendance de la région amplificatrice la plus forte connue :

Le promoteur des gènes immédiats précoces (MIEP pour Major Immediate Early Promoter) du Cytomégalovirus (CMV) est aujourd’hui largement utilisé comme activateur ectopique de gène d’intérêt, aussi bien dans des vecteurs plasmidiques que viraux. Ce promoteur a en effet une forte activité transcriptionnelle dans un grand nombre de cellules de mammifères, notamment dans les cellules d’origine épithéliale ou endothéliale (Meier and Stinski, 1996; Nelson et al., 1990 ). Ce promoteur utilise l’ARNpolII de l’hôte ainsi que les facteurs de transcription associés, via une boîte TATA, localisée 29 pb en amont du site d’initiation de la transcription et une boîte INR sur le site d’initiation (Figure 20B) (Breathnach and Chambon, 1981).

La région précédant la boîte TATA (-525 à -34) possède l’activité amplificatrice la plus forte actuellement connue (Xu et al., 2001). Plusieurs sites de fixation pour des facteurs de transcription cellulaires ont été décrits dont 4 sites NFkB, 5 sites CREB, 3 sites SP1, 1 site AP1... (Figure 20B) (Meier and Stinski, 1996; Nelson et al., 1990 ). Ces sites de fixation ne sont pas tous protégés par un extrait nucléaire lors d’expériences de protection de clivage à la DNase I bien que leur importance fonctionnelle ait été démontrée par des essais de transcription in vitro en présence d’oligonucléotides compétiteurs (Ghazal et al., 1988a ; Ghazal et al., 1988b). Il existe donc des sites d’interaction faibles pour des facteurs de transcription, mais critiques pour la régulation transcriptionnelle, ce qui suggère l’importance d’une action coordonnée de l’ensemble des éléments de l’amplificateur transcriptionnel.


III.3. Cinq régions de la LTR régulent la transcription de HIV :

Les rétrovirus contiennent à leurs extrémités des régions répétées appelées LTR (Long Terminal Repeat), la LTR 5’ contenant le promoteur de l’ARNm viral polycistronique. La transcription de HIV est un modèle de régulation complexe, étant contrôlée par au moins 5 régions distinctes, comportant chacune de nombreuses séquences de fixation pour des facteurs de transcription cellulaires (Figure 21) (Pereira et al., 2000).

La région la plus distale (-454 à -104) est dite modulatrice car elle contient à la fois des sites de fixation pour des facteurs de transcription activateurs (AP-1, Ets-1, SP1, c-myb...), mais aussi inhibiteurs (USF, GATA, NRT...), et des facteurs architecturaux (LEF-1). Notamment, la délétion d’une région comprise entre -340 et -184 (NRE pour Negative Regulatory Region), augmente l’activité du promoteur.

Il y a ensuite un amplificateur transcriptionnel (-105 à -79), contenant deux sites de fixation pour les facteurs de transcription de la famille NFkB.

Le promoteur basal (-78 à -1) contient 3 sites de fixation pour SP1, un site LEF-1, un site p53 et la boîte TATA.






Figure 21 : LTR de HIV. D’après (Pereira et al., 2000).




La quatrième région (+1 à +60) correspond à la séquence TAR qui fixe Tat lorsqu’elle est sous forme d’ARN. Elle contient aussi des sites de fixation pour les facteurs NFkB, USF, LEF-1, ... et deux éléments importants pour la régulation : une séquence Inr et une séquence inhibitrice IST (Inducer of Short Transcripts) qui recruterait le corépresseur SMRT via le facteur de transcription FBI-1 (Morrison et al., 1999).

Enfin, la cinquième région (+78 à +296) correspond à un deuxième amplificateur transcriptionnel (Van Lint et al., 1991) régulé par 3 sites AP1, un site NFAT, un site IRF et un site SP1.

Récemment, en plus des sites de fixation LEF-1, plusieurs sites de fixation pour le facteur architectural HMG-I(Y) ont été décrits tout au long de la LTR 5’ (Henderson et al., 2000). Ils seraient importants pour la transcription virale, mais aussi lors de l’intégration du rétrovirus dans le génome cellulaire (Li et al., 2000).


IV. La transcription virale est régulée par la chromatine.


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