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Dans l’hypophyse, Pax7 spécifie l’état du lobe intermédiaire grâce à son action pionnière. Cette action implique dans un premier temps une liaison de cette protéine à certains sites d’hétérochromatine et, par la suite, le remodelage de cette hétérochromatine en euchromatine. Le remodelage de l’épigénome par Pax7 permet au facteur de transcription Tpit d’entrainer l’activation du transcriptome mélanotrope par opposition au destin hypophysaire corticotrope entraîné par Tpit en l’absence de Pax7. Pour étudier l’action pionnière de Pax7, différents membres du laboratoire Drouin ont utilisé un modèle de cellules corticotropes. L’expression ectopique du facteur pionnier Pax7 dans ces cellules permet leur transition d’un phénotype corticotrope à mélanotrope. En plus de l’isoforme prédominante de Pax7 exprimée dans hypophyse avec lequel les travaux de Budry et Mayran ont étaient faits, il existe trois autres isoformes de Pax7 qui diffèrent par quelques acides aminés (Q et GL) dans le domaine PAIRED liant l’ADN. Nous voulions savoir quels étaient les domaines protéiques de Pax7 impliqués pour son activité pionnière. Nous avons d’abord étudié les propriétés des différents isoformes naturelles de Pax7 présentant des variations dans le domaine PAIRED que ce soient pour leurs capacités de facteur transcription ou de facteur pionnier dans un modèle de cellules de corticotrope. Nous avons constaté que les quatre isoformes de Pax7, ainsi que Pax3, le facteur le plus homologue à Pax7 dans la famille Pax, présentent une capacité similaire à lier la chromatine fermée. Cependant, Pax3 et les isoformes de Pax7 (GL+) sont incapables d’ouvrir la chromatine sur un sous-groupe d’enhancers pionniers nécessaire à l’activation du transcriptome mélanotrope. Par la suite, par analyse structure-fonction, nous avons identifié une région de Pax7 importante pour sa liaison à soixante pour cent des sites présents dans l’hétérochromatine qui sont ciblés par l’action pionnière et une région importante pour l’ouverture de chromatine aux sites des pionniers sensibles à la variation GL. Collectivement, nos données ont montré que les acides aminés GL dans le domaine PAIRED en N-terminal et la partie C-terminale de la protéine Pax7 sont critiques pour l’ouverture de la chromatine à des enhancers spécifiques présents dans l’hétérochromatine dont l’activation est nécessaire au destin mélanotrope. D’autre part, les analyses de structure-fonctions nous ont permis d’identifier une région critique de Pax7 nécessaire à son interaction avec l’hétérochromatine sur ces même enhancers., In the pituitary, Pax7 specifies the intermediate lobe state through a pioneer factor action that involves the binding of this protein to certain heterochromatin sites and, subsequently, the remodeling of this heterochromatin into euchromatin. Epigenome remodeling by Pax7 thus allows the transcription factor Tpit to determine the melanotrope fate as opposed to the corticotrope pituitary fate that is driven by Tpit in absence of Pax7. To study the pioneering action of Pax7, Budry et al, and Mayran et al, used a model of corticotrope cells which, following the expression of Pax7, transit from a corticotrope phenotype to melanotic phenotype thanks to its pioneering action. In addition to the predominant Pax7 isoform expressed in pituitary with which the work of Budry and Mayran were done, there are three other Pax7 isoforms that differ by a few amino acids (Q and GL) in the DNA-binding paired domain. We wanted to know what protein domains of Pax7 was involved in its pioneering activity. We have investigated the properties of the different Pax7 isoforms with respect to their transcriptional and pioneer capabilities in a model of corticotrope cells. We found that all four Pax7 isoforms together with the closely related factor Pax3, exhibit a similar ability to bind closed chromatin. However, Pax3 and the isoforms of Pax7 (GL+) failed to open the chromatin at a subset of enhancer necessary to activate the melanotrope transcriptome. In addition, we have identified by structure-function analysis a region of Pax7 that appears important for Pax7 binding at 60 percent of heterochromatin sites that are targeted for pioneering and one region important for chromatin opening to the pioneer sites GL-sensible. Collectively, our data suggest that the amino acids GL in the paired domain and the C-terminal part are critical for the chromatin opening to heterochromatin sites necessary to melanotrope transcriptome. On the other hand, structure-functions analyses allowed us to identify a critical region of Pax7 required for the interaction with heterochromatin on these same enhancers.

The pioneer activity of transcription factors allows for opening of inaccessible regulatory elements and has been extensively studied in the context of cellular differentiation and reprogramming. In contrast, the function of pioneer activity in self-renewing cell divisions and across the cell cycle is poorly understood. Here we assessed the interplay between OCT4 and SOX2 in controlling chromatin accessibility of mouse embryonic stem cells. We found that OCT4 and SOX2 operate in a largely independent manner even at co-occupied sites, and that their cooperative binding is mostly mediated indirectly through regulation of chromatin accessibility. Controlled protein degradation strategies revealed that the uninterrupted presence of OCT4 is required for post-mitotic re-establishment and interphase maintenance of chromatin accessibility, and that highly OCT4-bound enhancers are particularly vulnerable to transient loss of OCT4 expression. Our study sheds light on the constant pioneer activity required to maintain the dynamic pluripotency regulatory landscape in an accessible state.

International audience; Unlike most transcription factors (TF), pioneer TFs have a specialized role in binding closed regions of chromatin and initiating the subsequent opening of these regions. Thus, pioneer TFs are key factors in gene regulation with critical roles in developmental transitions, including organ biogenesis, tissue development, and cellular differentiation. These developmental events involve some major reprogramming of gene expression patterns, specifically the opening and closing of distinct chromatin regions. Here, we discuss how pioneer TFs are identified using biochemical and genome-wide techniques. What is known about pioneer TFs from animals and plants is reviewed, with a focus on the strategies used by pioneer factors in different organisms. Finally, the different molecular mechanisms pioneer factors used are discussed, highlighting the roles that tertiary and quaternary structures play in nucleosome-compatible DNA-binding.