Trois acides aminés font toute la différence entre les deux isoformes de l'histone H2A.Z
Dans la chromatine, l’ADN est associé à différentes protéines, dont les histones et leurs variants qui sont impliqués dans de nombreux processus cellulaires. Le variant d'histone H2A.Z joue un rôle majeur dans le contrôle de l'expression des gènes. H2A.Z est codé par deux gènes exprimant deux isoformes, H2A.Z.1 et H2A.Z.2, qui ne diffèrent que par trois acides aminés. Dans cet article publié dans la revue Elife, les chercheurs montrent que ces isoformes peuvent avoir des fonctions similaires mais aussi antagonistes, par interaction avec des protéines interagissant préférentiellement avec l’une ou l’autre. Ces résultats rajoutent un niveau supplémentaire de complexité au contrôle génique par les variants d’histones.
Les variants d'histones peuvent remplacer les histones "canoniques" dans la chromatine. Leur incorporation peut entraîner des changements majeurs dans la structure et la fonction locale de la chromatine. H2A.Z est un des deux variants d'histones conservés de la levure à l'homme. Il est important pour le contrôle de l’expression des gènes, et est notamment enrichi sur les promoteurs des gènes actifs. Chez les vertébrés, H2A.Z est codé par deux gènes distincts, qui produisent deux isoformes : H2A.Z1 et H2A.Z.2. Chez l'homme, ces deux isoformes diffèrent uniquement par trois acides aminés.
Dans le cadre d'une collaboration avec l’Université Laval au Québec, les scientifiques ont entrepris une analyse intégrée du rôle de ces deux isoformes dans le contrôle de la régulation génique. Pour cela, ils ont utilisé des cellules humaines fibroblastiques primaires dans lesquelles ils ont diminué l’expression de H2AZ.1, ou H2AZ.2, séparément ou ensemble. Une analyse par séquençage des ARN (RNA-seq) a montré que les deux isoformes régulent des gènes spécifiques, mais également des gènes communs, et que, sur ces gènes communs, elles peuvent, selon la nature de ces derniers, avoir des fonctions identiques ou antagonistes.
Les chercheurs ont ensuite réalisé des expériences d’ImmunoPrécipitation de Chromatine suivie de séquençage à haut débit (ChIP-seq) contre les deux isoformes, dans de nouvelles lignées cellulaires générées par édition du génome et dans lesquelles ils ont "étiqueté" l’une ou l’autre des isoformes endogènes. Cette analyse montre que H2AZ.1 et H2AZ.2 peuvent être présentes sur les mêmes promoteurs et y entrer en compétition. La différence observée dans la régulation des gènes n’est donc certainement pas médiée par la présence spécifique de H2AZ.1 ou de H2AZ.2, mais probablement par un effet différent sur la chromatine lorsque ces variants d’histones sont présents.
Par analyse protéomique, les chercheurs ont ensuite identifié des protéines interagissant préférentiellement avec l'une ou l'autre de ces isoformes. C'est le cas de la protéine chromatinienne PHF14 avec H2A.Z.1 et de l'histone-déacétylase SIRT1 avec H2A.Z.2. De manière frappante, les déplétions de PHF14 et SIRT1 "miment", sur un nombre significatif de gènes, les déplétions de H2A.Z1 et H2A.Z.2 respectivement. Le recrutement de PHF14 et de SIRT1 à la chromatine dépend de la présence de H2AZ.1 et H2AZ.2. Ces résultats indiquent que ces protéines sont probablement des effecteurs majeurs de la fonction des isoformes de H2A.Z. Enfin, les scientifiques ont mis en évidence un effet opposé de PHF14 et SIRT1 sur l’acétylation de certains acides aminés des histones, qui pourrait rendre compte de l’effet antagoniste entre H2A.Z.1 et H2A.Z.2
Ce travail fournit ainsi la première étude intégrée de la fonction des isoformes de H2A.Z dans la régulation de l'expression génique. Il met en lumière le niveau supplémentaire de complexité que peuvent apporter les isoformes des variants d’histones dans la régulation fine de l’expression génique.
Figure
A) L’analyse par Western-blot des protéines associées avec H2A.Z.1 ou H2A.Z.2 montre que certaines protéines interagissent plus avec H2A.Z.1 qu’avec H2A.Z.2, et vice versa. B) Efficacité de ChIP-seq pour H2A.Z.2 sur 2 promoteurs distincts (gènes CDKN1A/p21 et GAPDH) après déplétion ou non de chacune des isoformes par siRNA (siC : pas de déplétion, siZ1 : déplétion de H2A.Z.1, siZ2 : déplétion de H2A.Z.2). Les résultats indiquent que H2A.Z.1 et H2A.Z.2 sont en compétition pour la liaison aux mêmes promoteurs. C) Les expériences en A) et B) montrent que la fonction des isoformes H2A.Z.1 et H2A.Z.2 peuvent être différentes et interdépendantes.
Pour en savoir plus
Integrated analysis of H2A.Z isoforms function reveals a complex interplay in gene regulation.
Lamaa A, Humbert J, Aguirrebengoa M, Cheng X, Nicolas E, Côté J, Trouche D.
Elife. 2020 Feb 28;9. pii: e53375. doi: 10.7554/eLife.53375.
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