Role of nucleolin and macroH2A in the structure and the function of the nucleolus
Rôle de la nucléoline et de macroH2A dans la structure et la fonction du nucléole
Résumé
Ribosome synthesis starts in the nucleolus. The nucleolus structure is strongly influenced by ribosomal genes transcription. Ribosomal gene regulation is crucial for ribosome synthesis. The aim of this work was to define and open new methodological ways to characterize the role of macroH2A and nucleolin in the regulation of ribosomal genes expression. To date, MacroH2A is the only histone variant present in the nucleolus. Nucleolin is one of the major proteins of the nucleolus. The first part of this study is focused on the common carp, an original biological system, that adapts to temperature condition (winter and summer) by adjusting is gene expression. The results show that repression of ribosomal RNA expression, associated with a decrease of cellular activity, is concomitant with (i) nucleolar rearrangements, (ii) increase of macroH2A and nucleolin concentration and (iii) increase of DNA CpG methylation. Ribosomal genes expression appears to be linked to the level of macroH2A. To analyse the distribution of macroH2A on chromatin, we developed experiments based on extended chromatin fibers. We show that macroH2A colocalize with trimethylation of lysine 9 of H3, that is a marker of heterochromatin. Moreover, distribution of macroH2A is periodic, suggesting a role of this histone variant in a special chromatin organization. Finally, in the laboratory, we developed a cellular system based on nucleolin inhibition by RNA interference in HeLa cells. Two main results have emerged from the knockdown of nucleolin: decrease of pre-ribosomal RNA synthesis associated with nucleolar structure disruption and cell cycle arrest in mitosis leading to apoptosis. Thus, nucleolin is strongly implicated in the regulation of ribosomal genes expression.
Le nucléole est le lieu où débute la synthèse des ribosomes. Sa structure est fortement corrélée à la transcription des gènes ribosomiques. La régulation de l'expression des gènes ribosomiques est une étape importante de la biogenèse des ribosomes. L'objectif de ce travail a été de définir et d'ouvrir des voies méthodologiques pour mettre en évidence le rôle de macroH2A et de la nucléoline dans la régulation de l'expression des gènes ribosomiques. MacroH2A est pour l'instant le seul variant d'histone présent dans le nucléole. La nucléoline est une des protéines majoritaires du nucléole. La première partie de notre étude a porté sur un système cellulaire original celui de la carpe dont l'adaptation aux conditions climatiques (hiver et été) requiert des changements importants dans l'expression génique. Ainsi la répression de l'expression des ARN ribosomiques, associée à une baisse d'activité cellulaire, est concomitante avec (i) une déstructuration du nucléole, (ii) une augmentation de la concentration de macroH2A et de la nucléoline et (iii) une augmentation de la méthylation d'îlots CpG. Il existe donc une corrélation entre l'expression des gènes ribosomiques et le niveau d'expression de macroH2A. Pour analyser la distribution de macroH2A sur une fibre de chromatine, nous avons utilisé la technique d'étirement de la chromatine. Nous avons montré que macroH2A co-localise avec la tri-méthylation de la lysine 9 de l'histone H3 qui est un marqueur de l'hétérochromatine. De plus, la distribution de macroH2A est périodique suggérant un rôle de cette histone dans une organisation particulière de la chromatine. Enfin, nous avons développé au laboratoire un système cellulaire reposant sur l'inhibition de la nucléoline par RNAi dans des cellules HeLa. Les conséquences de l'inhibition de la nucléoline sont multiples : une diminution de la synthèse de l'ARN pré-ribosomique accompagnée d'une perturbation de la structure du nucléole et d'un arrêt du cycle cellulaire en mitose pouvant conduire à l'apoptose. La nucléoline est donc largement impliquée dans la régulation de l'expression des gènes ribosomiques.
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Biochimie [q-bio.BM]
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