le développement, la différenciation et la croissance des cellules et des tissus nécessitent des modèles d’expression des gènes régulés avec précision. Les amplificateurs agissent en tant qu’éléments cis-régulateurs pour médier le contrôle spatial et temporel du développement en activant la transcription dans des cellules spécifiques et/ou en la réprimant dans d’autres cellules. Ainsi, la combinaison particulière de facteurs de transcription et d’autres protéines de liaison à L’ADN dans un tissu en développement contrôle quels gènes seront exprimés dans ce tissu. Les Enhancers permettent au même gène d’être utilisé dans divers processus dans l’espace et le temps.,
Identification et caractérisationmodifier
traditionnellement, les enhancers ont été identifiés par des techniques de piège enhancer utilisant un gène rapporteur ou par analyse comparative de séquences et génomique computationnelle. Dans des modèles génétiquement traçables tels que la mouche des fruits Drosophila melanogaster, par exemple, une construction Rapporteuse telle que le gène lacZ peut être intégrée de manière aléatoire dans le génome à l’aide d’un transposon D’élément P. Si le gène rapporteur s’intègre à proximité d’un activateur, son expression reflétera le modèle d’expression entraîné par cet activateur., Ainsi, la coloration des mouches pour l’expression ou l’activité LacZ et le clonage de la séquence entourant le site d’intégration permettent l’identification de la séquence enhancer.
cependant, le développement des technologies génomiques et épigénomiques a radicalement changé les perspectives pour la découverte des modules de réglementation de l’ICS (CRM)., Les méthodes de séquençage de nouvelle génération (NGS) permettent désormais des tests de découverte CRM fonctionnels à haut débit, et les quantités considérablement croissantes de données disponibles, y compris les bibliothèques à grande échelle de motifs de site de liaison au facteur de transcription (TFBS), les collections de CRMs annotés et validés et les données épigénétiques étendues sur de nombreux types Un exemple d’approche basée sur NGS appelée DNase-seq a permis l’identification de régions de chromatine appauvries en nucléosomes ou ouvertes, qui peuvent contenir du CRM., Plus récemment, des techniques telles que ATAC-seq ont été développées qui nécessitent moins de matériel de départ. Les régions appauvries en nucléosomes peuvent être identifiées in vivo par l’expression de la méthylase Dam, ce qui permet un meilleur contrôle de l’identification des renforceurs spécifiques de type cellulaire.Les méthodes de calcul comprennent la génomique comparative, le regroupement de sites de liaison TF connus ou prédits et des approches d’apprentissage automatique supervisées entraînées sur des CRM connus., Toutes ces méthodes se sont révélées efficaces pour la découverte CRM, mais chacune a ses propres considérations et limites, et chacune est soumise à un nombre plus ou moins élevé de faux positifs identifications.In l’approche génomique comparative, la conservation des séquences de régions non codantes, peut être révélatrice d’améliorateurs. Les séquences de plusieurs espèces sont alignées et les régions conservées sont identifiées par calcul., Des séquences identifiées peuvent ensuite être attachées à un gène rapporteur tel qu’une protéine fluorescente verte ou lacZ pour déterminer le modèle in vivo d’expression génique produit par l’activateur lorsqu’il est injecté dans un embryon. l’expression de l’ARNm du rapporteur peut être visualisée par hybridation in situ, ce qui fournit une mesure plus directe de l’activité du renforceur, car il n’est pas soumis aux complexités de la traduction et du repliement des protéines., Bien que de nombreuses preuves aient mis en évidence la conservation des séquences pour les améliorateurs de développement critiques, d’autres travaux ont montré que la fonction des améliorateurs peut être conservée avec peu ou pas de conservation des séquences primaires. Par exemple, les activateurs de RET chez l’homme ont très peu de conservation de séquence par rapport à ceux du poisson zèbre, mais les séquences des deux espèces produisent des modèles presque identiques d’expression des gènes rapporteurs chez le poisson zèbre., De même, chez des insectes très divergents (séparés par environ 350 millions d’années), des modèles d’expression génique similaires de plusieurs gènes clés ont été régulés par des MCR de même constitution, bien que ces MCR ne montrent aucune conservation de séquence appréciable détectable par des méthodes d’alignement de séquence standard telles que BLAST.
dans la segmentation des insectsmodifier
les activateurs déterminant la segmentation précoce chez les embryons de Drosophila melanogaster sont parmi les activateurs de développement les mieux caractérisés., Dans l’embryon de mouche précoce, les facteurs de transcription du gène gap sont responsables de l’activation et de la répression d’un certain nombre de gènes de segmentation, tels que les gènes de règle de paire. Les gènes gap sont exprimés en blocs le long de l’axe antérieur-postérieur de la mouche avec d’autres facteurs de transcription à effet maternel, créant ainsi des zones dans lesquelles différentes combinaisons de facteurs de transcription sont exprimées. Les gènes de règle de paire sont séparés les uns des autres par des cellules non expressives. De plus, les raies d’expression pour différents gènes de règle de paire sont compensées par quelques diamètres de cellules les uns des autres., Ainsi, des combinaisons uniques d’expression génique de règle de paire créent des domaines spatiaux le long de l’axe antérieur-postérieur pour mettre en place chacun des 14 segments individuels. L’activateur 480 bp responsable de la conduite de la rayure nette deux du gène pair-règle même-sauté (eve) a été bien caractérisé. L’activateur contient 12 sites de liaison différents pour les facteurs de transcription des gènes maternels et gap. L’activation et la répression des sites se chevauchent en séquence., Eve est seulement exprimée dans une bande étroite de cellules qui contiennent des concentrations élevées des activateurs et une faible concentration des répresseurs pour cette séquence enhancer. D’autres régions stimulantes stimulent l’expression d’eve dans 6 autres bandes de l’embryon.
chez les vertébrésmodifier
L’établissement des axes du corps est une étape critique du développement animal. Au cours du développement embryonnaire de souris, Nodal, un ligand de la superfamille bêta-facteur de croissance transformant, est un gène clé impliqué dans le modelage de l’axe antérieur-postérieur et de l’axe gauche-droit de l’embryon précoce., Le gène Nodal contient deux activateurs: L’activateur de L’épiblaste Proximal (PEE) et l’activateur asymétrique (ASE). Le PEE est en amont du gène Nodal et entraîne l’expression nodale dans la partie de la strie primitive qui se différenciera en nœud (également appelé nœud primitif). Le PEE active l’expression nodale en réponse à une combinaison de signalisation Wnt plus un second signal inconnu; ainsi, un membre de la famille de facteurs de transcription LEF/TCF se lie probablement à un site de liaison TCF dans les cellules du nœud., La Diffusion du Nodal loin du nœud forme un gradient qui façonne ensuite l’axe antérieur-postérieur de l’embryon. L’ASE est un activateur intronique lié par le facteur de transcription Fox1 de domaine de tête de fourche. Au début du développement, L’expression nodale entraînée par Fox1 établit l’endoderme viscéral. Plus tard dans le développement, la liaison Fox1 à L’ASE entraîne l’expression nodale sur le côté gauche du mésoderme de la plaque latérale, établissant ainsi une asymétrie gauche-droite nécessaire au développement asymétrique des organes dans le mésoderme.,
L’établissement de trois couches germinales au cours de la gastrulation est une autre étape critique du développement animal. Chacune des trois couches germinales a des modèles uniques d’expression des gènes qui favorisent leur différenciation et leur développement. L’endoderme est spécifié au début du développement par L’expression de Gata4, et Gata4 continue à diriger la morphogenèse intestinale plus tard. L’expression de Gata4 est contrôlée dans l’embryon précoce par un activateur intronique qui lie un autre facteur de transcription du domaine forkhead, FoxA2., Initialement, l’activateur entraîne une large expression génique dans tout l’embryon, mais l’expression devient rapidement limitée à l’endoderme, ce qui suggère que d’autres répresseurs peuvent être impliqués dans sa restriction. En fin de développement, le même activateur limite l’expression aux tissus qui deviendront l’estomac et le pancréas. Un activateur supplémentaire est responsable du maintien de L’expression de Gata4 dans l’endoderme pendant les étapes intermédiaires du développement intestinal.,
de multiples amplificateurs favorisent la robustesse développementalemodifier
certains gènes impliqués dans des processus de développement critiques contiennent de multiples amplificateurs de fonctions qui se chevauchent. Les amplificateurs secondaires, ou « amplificateurs d’ombre », peuvent être trouvés à plusieurs kilobases de l’amplificateur primaire (« primaire » se réfère généralement au premier amplificateur découvert, qui est souvent plus proche du gène qu’il régule). À lui seul, chaque activateur entraîne des modèles presque identiques d’expression génique. Les deux exhausteurs sont-ils vraiment redondants?, Des travaux récents ont montré que de multiples activateurs permettent aux mouches des fruits de survivre aux perturbations environnementales, telles qu’une augmentation de la température. Lorsqu’il est élevé à une température élevée, un seul activateur ne parvient parfois pas à conduire le modèle complet d’expression, alors que la présence des deux activateurs permet une expression génique normale.