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Posté par Isabelle le Vendredi 13/10/2017 à 12:00
Les P-bodies, terra incognita des cellules eucaryotes
Les P-bodies sont des gouttelettes d'ARN et de protéines qui condensent au sein des cytoplasmes eucaryotes. L'équipe de Dominique Weil à l'Institut de biologie Paris-Seine a réussi à purifier des P-bodies à partir de cellules humaines, et à en identifier le contenu. Ces résultats pionniers lèvent le voile sur la fonction des P-bodies dans la régulation des ARNm, et plus largement sur le contrôle fin de l'expression des protéines dans la cellule. Cette étude a été publiée le 28 septembre 2017 dans la revue Molecular Cell.


Figure 1: Représentation imaginaire d'un P-body, avec son entrelacs de fibres d'ARN épaissies par les protéines qui leur sont liées.
© Maïté Courel, Dominique Weil

Les P-bodies (P pour « processing ») sont des gouttelettes condensées d'ARN et de protéines présentes dans le cytoplasme de toutes les cellules eucaryotes, animales et végétales, et dont le rôle au sein (Le sein (du latin sinus, « courbure, sinuosité, pli ») ou la poitrine dans son ensemble, constitue la région ventrale supérieure du torse d'un animal, et en particulier celle des...) des cellules est resté jusqu'à présent énigmatique. Les chercheurs sont parvenus à isoler des P-bodies pour la première fois, à partir de cellules humaines, et à en identifier le contenu. Avec l'aide des plateformes de cytométrie de l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute for Theoretical Physics est...) de Biologie (La biologie, appelée couramment la « bio », est la science du vivant. Prise au sens large de science du vivant, elle recouvre une partie des sciences naturelles et de l'histoire naturelle des êtres vivants...) Paris-Seine et de l'Institut de Cardiométabolisme et Nutrition (La nutrition (du latin nutrire : nourrir) désigne les processus par lesquels un être vivant transforme des aliments pour assurer son fonctionnement. La nutrition est également une science...), ils ont mis au point (Graphie) une méthode de purification par FAPS (Fluorescence-Activated Particle Sorting), dans laquelle des P-bodies fluorescents sont triés avec un FACS, appareil normalement utilisé pour trier des cellules. Un véritable exploit, compte-tenu de la taille microscopique (500 nm de diamètre) et la rareté (moins d'une dizaine par cellule) de ces gouttelettes.

L'étude a d'abord révélé que les P-bodies concentrent activement plusieurs milliers d'ARNm et un peu plus d'une centaine de protéines liant (Un liant est un produit liquide qui agglomère des particules solides sous forme de poudre. Dans le domaine de la peinture, il permet au pigment d'une peinture de coller sur le support, il est...) ces ARNm. Leur analyse, qui a bénéficié de collaborations avec les équipes de Julien Mozziconacci au Laboratoire de Physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens général et ancien, la physique désigne la connaissance de la...) Théorique et de la Matière Condensée, Gérard Pierron à l'Institut Gustave Roussy (Gustave Roussy, né le 24 novembre 1874 à Vevey (Suisse) et mort le 30 septembre 1948 à Paris, est un neurologue, neuropathologiste et cancérologue d'origine suisse,...) et Edouard Bertrand à l'Institut de Génétique Moléculaire de Montpellier, s'est avérée extrêmement informative. Tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) d'abord elle éclaire la façon dont des gouttelettes d'ARN peuvent condenser au sein d'un cytoplasme lui-même liquide (La phase liquide est un état de la matière. Sous cette forme, la matière est facilement déformable mais difficilement compressible.). En effet, une analyse empruntant aux méthodes de la biologie des systèmes montre que les interactions multiples établies entre les protéines et les ARNm des P-bodies, fournissent les bases d'un maillage suffisamment dense pour permettre aux gouttelettes de rester condensées.


Figure 2: A gauche, une image de microscopie montre une cellule humaine contenant des P-bodies rouges fluorescents. Une fois grossis (encart), les P-bodies apparaissent comme de minuscules gouttelettes rouges. A droite, une analyse de leurs ARN par PCA (Principal Component Analysis) révèle que la combinaison (Une combinaison peut être :) de protéines qui leur sont liées détermine leur localisation dans (jaune) ou hors (bleu) des P-bodies.
© Dominique Weil, Julien Mozziconacci

Ensuite, ces travaux font aboutir un long débat sur la fonction des P-bodies, les présentant tantôt comme des centres de dégradation des ARN, tantôt comme des sites de stockage. Par différentes approches, les chercheurs ont montré que les ARNm concentrés dans les P-bodies ne sont pas en cours de dégradation, mais bel (Nommé en l’honneur de l'inventeur Alexandre Graham Bell, le bel est unité de mesure logarithmique du rapport entre deux puissances, connue pour exprimer la puissance du son. Grandeur sans...) et bien stockés, intacts, pour un usage (L’usage est l'action de se servir de quelque chose.) ultérieur. A l'échelle de la cellule, même si ces ARNm sont abondants, ils sont très peu traduits en protéines. Ainsi, les P-bodies peuvent constituer un stock d'ARNm facilement mobilisable et finement contrôlable en cas de besoin (Les besoins se situent au niveau de l'interaction entre l'individu et l'environnement. Il est souvent fait un classement des besoins humains en trois grandes catégories : les besoins...).

Enfin, de façon plus large, l'identité des ARN stockés dans les P-bodies révèle un niveau supérieur de régulation de l'expression des gènes. Alors que les ARNm exclus des P-bodies codent plutôt des fonctions dites de ménage (housekeeping), c'est-à-dire des fonctions de base de la cellule, ceux concentrés dans les gouttelettes codent des fonctions régulatrices. Cette répartition dichotomique est observée pour une grande variété de fonctions cellulaires: division (La division est une loi de composition qui à deux nombres associe le produit du premier par l'inverse du second. Si un nombre est non nul, la fonction "division par...) cellulaire, synthèse des protéines, dégradation des protéines, etc. Ceci suggère que les P-bodies constituent un réservoir d'ARNm que la cellule peut utiliser rapidement pour adapter la production de protéines à ses besoins immédiats. Une analyse plus poussée montre même que les ARN codant pour les différentes protéines d'un même complexe protéique ont tendance à être collectivement concentrés dans les P-bodies, ou collectivement exclus. Enfin, les ARNm codant les protéines des P-bodies sont eux-mêmes enrichis dans les P-bodies, évoquant l'existence d'une boucle de contrôle dans laquelle les P-bodies limiteraient la traduction de leurs propres protéines. Tous ces résultats mettent en évidence l'existence de régulons, c'est-à-dire de groupes d'ARNm codant pour des protéines impliquées dans la même fonction, ou vouées à interagir ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une multitude qui peut être comprise comme un tout », comme...), dont la traduction peut être contrôlée de façon coordonnée.

Cette étude représente une avancée majeure dans la compréhension de la fonction des P-bodies dans la cellule, et ouvre la voie à des études plus larges grâce à la mise au point d'une technique pointue de purification. La mise en évidence de régulons d'ARNm localisés dans et hors des P-bodies suggère que leur fonction de réservoir permet à la cellule de répondre rapidement à des variations d'environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et artificiels au sein duquel se déroule la vie humaine. Avec les enjeux écologiques actuels,...) ou des situations de stress (Le stress (« contrainte » en anglais), ou syndrome général d'adaptation, est l'ensemble des réponses d'un organisme soumis...). Ces minuscules gouttelettes pourraient donc être essentielles à l'adaptabilité et la survie cellulaire.

Référence publication:
P-body purification reveals the condensation (La condensation est le nom donné au phénomène physique de changement d'état de la matière qui passe d'un état dilué (gaz) à un...) of repressed mRNA regulons.
Arnaud Hubstenberger, Maïté Courel, Marianne Bénard, Sylvie Souquère, Michèle Ernoult-Lange, Racha Chouaib, Zhou Yi, Jean-Baptiste Morlot, Annie Munier, Magali Fradet, Maëlle Daunesse, Edouard Bertrand, Gérard Pierron, Julien Mozziconacci, Michel Kress, Dominique Weil.
Molecular Cell. Published online: September 28, 2017. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.molcel.2017.09.003


Contact chercheur:
Dominique Weil
Compartimentation et Trafic Intracellulaire des mRNP
Laboratoire de Biologie du Développement
CNRS UMR7622 - Inserm U 1156 – Université P. et M. Curie
Institut de Biologie Paris-Seine
Bat.C, Case 24
7-9 quai St. Bernard 75252 Paris (Paris est une ville française, capitale de la France et le chef-lieu de la région d’Île-de-France. Cette ville est construite sur une boucle de la Seine, au centre du bassin parisien, entre les confluents de la...) Cedex 05

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Source: CNRS-INSB