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Au cœur de la transcription génétique

 

La structure précise de TFIID, la molécule clé du processus de transcription de l'information génétique humaine, vient d'être mise à nue par des chercheurs de l'Institut de génétique et de biologie moléculaire et cellulaire (IGBMC, CNRS/Inserm/Université de Strasbourg). Ces travaux menés conjointement avec des scientifiques du laboratoire Biologie structurale des interactions entre virus et cellule-hôte (UVHCI, CNRS/EMBL/Université Joseph Fourier) ont récemment été publiés dans la revue Nature.

 

L'expression des gènes se déroule en deux étapes : la transcription de l'ADN en ARN, puis la traduction de cet ARN en protéines. En 2010, les chercheurs de l'équipe de Patrick Schultz à l'IGBMC s'étaient déjà penchés sur les mécanismes d'initiation de la transcription (1,2) et étaient parvenus à décrypter le scénario moléculaire de ce processus. Depuis, leurs travaux se sont focalisés sur le cœur de cette machinerie, le facteur de transcription TFIID, et l'exploration de sa structure.

Alors qu'ils utilisaient précédemment des échantillons de TFIID purifiés à partir de levures, les chercheurs de l'IGBMC se sont rapprochés de l'équipe d'Imre Berger au laboratoire UVHCI, spécialisée dans la production recombinante de complexes multiprotéiques eucaryotes. Le principe de leur méthode est d'exprimer simultanément toutes les protéines d'un complexe dans des cellules d'insecte, grâce à l'insertion des gènes correspondants dans un baculovirus. La production du cœur du facteur TFIID a été particulièrement compliquée à traiter car celui-ci est constitué de cinq sous‐unités protéiques, ce qui impliquait d'insérer le même nombre de gènes dans un seul virus. Cette collaboration a ainsi permis à l'équipe de Patrick Schultz de disposer d'échantillons humains particulièrement homogènes et stables.

L'analyse de ces nouveaux échantillons par cryo-microscopie électronique a dévoilé un modèle pseudo-atomique du cœur de TFIID. Ce complexe a été reconnu par l'équipe de Laszlo Tora, un autre partenaire à l'IGBMC, comme un intermédiaire cellulaire indispensable à l'assemblage du facteur tout entier. On savait déjà qu'il contenait cinq fragments protéiques, TAF4, TAF5, TAF6, TAF9 et TAF12, mais leur organisation spatiale et leur positionnement précis au sein de la structure demeuraient obscur. Les résultats obtenus par microscopie électronique ont permis de déterminer la forme globale du cœur de TFIID à une résolution de 10 Å. Puis, à la manière d'un puzzle, les cinq sous‐unités dont la structure atomique était déjà connue ont pu être replacées dans la structure globale du cœur de TFIID, afin de modéliser le complexe en trois dimensions.

Au cours de cette étude, les chercheurs ont également montré que le cœur de TFIID est parfaitement symétrique, un résultat qui a préalablement été suggéré par la présence de deux exemplaires de chacune des cinq sous‐unités qui le composent. En revanche, ils ont mis en évidence que lorsque les nouvelles sous‐unités TAF8 et TAF10 viennent se greffer à la structure initiale, elles provoquent un réarrangement structural qui empêche le recrutement d'un deuxième jeu de protéines, brisant ainsi la symétrie du complexe. Ces travaux lèvent le voile sur l'organisation atomique de TFIID et les mécanismes de sa transition structurale, une étape cruciale dans l'assemblage final du complexe.

 

 

Figure et vidéo : Structure du cœur du complexe TFIID humain. Les différentes sous-unités du complexe (TAF4, TAF5, TAF6, TAF9 et TAF12) sont toutes présentes en deux exemplaires, formant ainsi une structure symétrique. Pour voir la vidéo, cliquer sur l'image. © IGBMC, Gabor Papai

 

Notes

• (1) TFIIA and the transactivator Rap1 cooperate to commit TFIID for transcription initiation, Gabor Papai, Manish Tripathi, Christine Ruhlmann, Justin Layer, Anthony Weil, Patrick Schultz, Nature (2010), 465(7300):956-960, doi:10.3410/f.8161956.8571054.

• (2) Le film de la transcription en 3 dimensions, Communiqué de presse du CNRS (2010).

 

En savoir plus

• The architecture of human general transcription factor TFIID core complex, Christoph Bieniossek, Gabor Papai, Christiane Schaffitzel, Frederic Garzoni, Maxime Chaillet, Elisabeth Scheer, Petros Papadopoulos, Laszlo Tora, Patrick Schultz, Imre Berger, Nature (2013), doi:10.1038/nature11791.

• Protein production : going viral, Communiqué de presse de l'EMBL (2012).

 

Contact chercheurs

• Patrick Schultz
  Institut de génétique et de biologie moléculaire et cellulaire (IGBMC)
  UMR7104 CNRS/Inserm/Université de Strasbourg
  Université de Strasbourg
  1 Rue Laurent Fries
  BP 10142
  67404 Illkirch Cedex

• Imre Berger
  Biologie structurale des interactions entre virus et cellule-hôte (UVHCI)
  UMI3265 CNRS/EMBL/Université Joseph Fourier
  Laboratoire européen de biologie moléculaire (EMBL)
  6 rue Jules Horowitz
  BP 181
  38000 Grenoble