Epigenetic role of H3.3 histone variant in establishment of mammalian circadian rhythms

Chez les mammifères, les oscillations circadiennes robustes coordonnent des programmes d'expression de gènes de manière tissu-spécifique. La liaison rythmique des facteurs de transcription de l'horloge circadienne BMAL1-CLOCK à la chromatine entraîne une dynamique journalière dans les états chromatiniens. En conséquence, ~10-15% du transcriptome cycle. Afin de permettre la liaison rythmique de BMAL1-CLOCK à un temps et endroit spécifique du génome, la chromatine doit être accessible et ses changements dynamiques encodés épigénétiquement. Au cours des dernières décennies, il a été montré que la machinerie de l'horloge est liée avec la dynamique des paysages chromatiniens. Le dépôt de marques épigénétiques, comme acétylation ou méthylation des histones, le remodelage de nucléosomes et l'expression circadienne des gènes sont étroitement coordonnés. Les facteurs de l'horloge sont directement impliqués dans le recrutement des enzymes modificatrices de la chromatine, ainsi que la déposition des signatures épigénétiques- notamment des variants d'histones, comme le variant H2A.Z. L'incorporation et/ou éviction dynamique de H2A.Z au sein des nucléosomes près de sites de début de transcription est concomitante avec l'incorporation de variant H3.3. Dans les cellules au cours de division, les variants H3.3/H2A.Z sont incorporés au sein des mêmes nucléosomes au niveaux des promoteurs, générant des nucléosomes double-variants qui sont très instables et mobiles. Néanmoins, tandis que le rôle de H2A.Z dans les rythmes circadiens et la dynamique de la chromatine est bien établi à travers les espèces, le rôle de H3.3 dans la fonction de l'horloge circadienne reste inconnu.Ainsi, on a eu pour but d'étudier le lien entre le variant d'histone H3.3 et la machinerie moléculaire de l'horloge circadienne chez les mammifères. Autrement dit, comment les nucléosomes contenant H3.3 pourraient moduler l'architecture de la chromatine et contribuer à la dynamique transcriptionnelle au cours de 24h, en lien étroit avec les régulateurs clefs de l'horloge dans les tissus murins, comme le foie. La purification des complexes protéiques spécifiques de H3.3 dans le foie au cours de 24h nous a permis d'identifier que les remodeleurs chromatiniens PBAF/cBAF s'assemblent dynamiquement avec le facteur de transcription BMAL1 sur la chromatine marquée par H3.3. Par ailleurs, on a montré que l'incorporation de H3.3 au sein de la chromatine est rythmique au cours du temps et que PBAF/cBAF-BMAL1 s'assemble dynamiquement avec des nucléosomes H3.3 décorés par des marques épigénétiques comme H3K115ac et H3K122ac, rendant ces nucléosomes instables et mobiles (fragiles). De plus, la perturbation de l'horloge circadienne (modèle de souris Per knock-out) conduit à une augmentation de H3.3 sur la chromatine, ainsi qu'à un maintien des paysages épigénétiques marqués par des nucléosomes H3.3 fragiles. La perte presque totale de ARID2 et de la sous unité ATPasique BRG1, mène respectivement au désassemblage de PBAF, ainsi qu'à une réorganisation des remodeleurs cBAF/BRG1, suivie par la favorisation des complexes cBAF/BRM. De plus, l'absence de feedback circadien résulte en une augmentation de fixation de BMAL1 sur la chromatine, due à l'augmentation de l'accessibilité des sites de liaison de BMAL1-CLOCK. Tous ces événements mènent à un état chromatinien actif en permanence lors de la perturbation circadienne, impliquant le variant H3.3.Enfin, les dérèglements de l'horloge circadienne sont impliqués dans plusieurs maladies comme le syndrome métabolique, maladies neurodégénératives et les cancers- ayant une forte composante épigénétique dont les mutations au sein de H3.3 et remodeleurs chromatiniens. Meilleure compréhension du lien physiologique entre la dynamique de la chromatine et la transcription circadienne permettrait de mieux comprendre la mise en place et la progression de ces maladies, ainsi que d'apporter une aide pour le développement des approches thérapeutiques nouvelles.