Des recherches récentes ont redéfini le rôle principal du complexe répressif Polycomb 2 (PRC2), du contrôle des gènes du développement à la protection du génome contre l’invasion des transposons. Cette fonction ancestrale, cohérente chez divers eucaryotes, a évolué au fil du temps, conduisant au rôle actuel de PRC2 dans l’inactivation des gènes codant pour les protéines, en particulier chez les plantes à fleurs comme Arabidopsis.
Le complexe répressif Polycomb 2 (PRC2), initialement identifié dans Drosophile il y a plusieurs décennies, s’est révélé être un contrôleur clé des gènes du développement. Des recherches ultérieures ont révélé que PRC2 modifie la structure de la chromatine pour supprimer l’expression de gènes spécifiques.
Cette compréhension initiale de la fonction ancestrale de PRC2 – fonctionnant principalement pour contrôler les gènes au cours du développement – a été remise en question lorsqu’il s’est avéré qu’elle était active dans les organismes unicellulaires, dans lesquels aucun développement n’a lieu.
Rôle ancestral et évolution du PRC2
Un premier indice sur le rôle original de PRC2 est venu d’études sur les algues rouges, qui ont montré que PRC2 laissait sa marque de méthylation sur les transposons – des gènes sauteurs qui se déplacent dans le génome. Frédéric Berger et son groupe de recherche de l’Institut Gregor Mendel de biologie moléculaire végétale (GMI) ont décidé de suivre cet exemple et, dans le cadre d’une collaboration internationale avec des chercheurs de la Freie Universität Berlin, de l’Université de Cambridge, de l’Université de Nantes, de l’Institut national de génétique (Japon ) et l’Université Monash, ont étudié comment PRC2 agit chez une gamme d’eucaryotes.
Au cours de l’évolution, la fonction de PRC2 est passée de la répression des transposons à la répression des gènes codant pour les protéines. Crédit : GMI
Enquête sur PRC2 chez les eucaryotes
Pour comprendre le rôle de PRC2 chez les ancêtres des eucaryotes, les chercheurs ont étudié les génomes de trois lignées d’eucaryotes très éloignées : les plantes, le SAR et les opisthokontes, la lignée à laquelle appartiennent les humains et les champignons.
Tous ces eucaryotes contiennent des transposons, des éléments génétiques mobiles qui peuvent s’exciser de ADN et insertion à de nouveaux emplacements – une menace potentielle pour la stabilité du génome, d’où la nécessité de réduire au silence les transposons. Chez les diatomées mutantes, les bryophytes et les algues rouges, la suppression de l’activité de PRC2 a entraîné la perte de l’inactivation des éléments transposables.
Résultats et implications
« Ces résultats montrent que PRC2 réprime les éléments transposables dans ces lignées distantes, ce qui définit cela comme une fonction apparue chez l’ancêtre des trois lignées. L’origine de PRC2 était probablement principalement destinée à défendre le génome contre l’invasion des transposons. Cette fonction ancestrale constitue un profond changement de paradigme », déclare Frédéric Berger, chef de groupe au GMI et auteur correspondant de l’étude.
Au cours de l’évolution, cependant, la fonction de PRC2 est progressivement passée de la répression des transposons à la répression des gènes codant pour les protéines, son rôle initialement décrit. Dans les plantes terrestres, les chercheurs découvrent que les « ET fossiles » sont toujours des cibles pour le PRC2, qui fait alors taire les gènes du voisinage.
« Chez les plantes à fleurs, comme Arabidopsis, qui ont évolué plus récemment, des restes d’ET sont toujours présents et recrutent PRC2 pour faire taire les gènes voisins », explique Tetsuya Hisanaga, chercheur postdoctoral du groupe Berger et premier auteur de l’étude. « Nous émettons l’hypothèse que chez Arabidopsis, certains ET ont été domestiqués, devenant ainsi des éléments impliqués dans la modulation des gènes codant pour les protéines. »
