ARN messagers et développement: les protéines PIWI dans la traduction
Publié par Isabelle le 11/03/2020 à 14:00
Source: CNRS INSB

© Martine Simonelig
Les petits ARN non-codants piRNAs (PIWI-interacting RNAs) identifiés initialement grâce à leur rôle sur la répression des éléments transposables, ont aussi une fonction essentielle comme régulateurs d'ARNm cellulaires dans différents processus développementaux. Ils agissent en déstabilisant leurs ARNm cibles. Dans cette étude, publiée dans la revue Cell Research, les chercheurs identifient un nouveau mode d'action des piRNAs et des protéines PIWI qui leur sont associées: l'activation (Activation peut faire référence à :) traductionnelle de leurs ARNm cibles.

Au cours de la dernière décennie (Une décennie est égale à dix ans. Le terme dérive des mots latins de decem « dix » et annus « année.), les piRNAs (PIWI-interacting RNAs), des petits ARN non-codants d'un nouveau type, se sont imposés comme des régulateurs essentiels de l'expression génique. Identifiés au départ en tant que répresseurs spécifiques des éléments transposables, les piRNAs s'associent par complémentarité à leurs ARN messagers (ARNm) cibles pour les réprimer. Les piRNAs interagissent étroitement avec les protéines PIWI qui sont ainsi recrutées sur les ARNm cibles. Ces sont les protéines PIWI qui assurent la régulation (Le terme de régulation renvoie dans son sens concret à une discipline technique, qui se rattache au plan scientifique à l'automatique.) des ARNm, soit directement grâce à leur activité (Le terme d'activité peut désigner une profession.) endonucléase, soit en recrutant d'autres facteurs.

Une partie importante des piRNAs est générée à partir de séquences d'éléments transposables et cible donc les ARNm d'éléments transposables. Cependant les piRNAs peuvent aussi cibler les ARNm de gènes malgré une plus faible complémentarité de séquence nucléique, conduisant à la régulation de ces ARNm par d'autres mécanismes. Mises en évidence tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) d'abord dans l'embryon (Un embryon (du grec ancien ἔμϐρυον / émbruon) est un organisme en développement depuis la première division de...) de drosophile, ces régulations d'ARNm cellulaires par les piRNAs ont ensuite été décrites dans de nombreux contextes développementaux et dans différentes espèces. Ainsi ces régulations jouent un rôle dans la dégradation d'ARNm maternels et le développement embryonnaire chez la drosophile, dans la dégradation massive (Le mot massif peut être employé comme :) d'ARNm au cours de la spermatogenèse (La spermatogenèse est le processus de production des spermatozoïdes, qui a lieu dans les tubes séminifères des testicules. Elle englobe les phénomènes qui, des spermatogonies, cellules souches...) chez la souris (Le terme souris est un nom vernaculaire ambigu qui peut désigner, pour les francophones, avant tout l’espèce commune Mus musculus, connue aussi comme animal de compagnie ou de...) et dans le déterminisme du sexe (Le mot sexe désigne souvent l'appareil reproducteur, ou l’acte sexuel et la sexualité dans un sens plus global, mais se réfère aussi aux différences physiques distinguant les...) chez le ver (Les vers constituent un groupe très hétérogène d'animaux invertébrés qui partagent une caractéristique commune, à savoir un corps mou, flexible, de...) à soie (De la soie (fibre textile d'origine animale) est produite par de nombreux insectes, araignées et chenilles de certains papillons notamment (Yponomeutes, bombyx). Celle qui sert à produire des tissus de soie...) Bombyx mori et le nématodeCaenorhabditis elegans.


Activation traductionnelle par la protéine PIWI, Aubergine. La protéine Aubergine (Aub) s'associe aux ARNm grâce aux piRNAs (en rouge) qui reconnaissent leurs ARNm cibles par complémentarité. Aub recrute les facteurs d'initiation de la traduction PABP, eIF3d, eIF4E pour activer la traduction à la périphérie (Le mot périphérie vient du grec peripheria qui signifie circonférence. Plus généralement la périphérie désigne une limite éloignée d'un objet ou d'une chose.) des granules germinaux. Ces granules, constitués d'ARN et protéines, sont le site de régulation d'ARNm et permettent la spécification des cellules germinales dans l'embryon de drosophile.
© Martine Simonelig

Ces régulations d'ARNm cellulaires par les piRNAs s'opèrent au niveau de leur stabilité, l'association avec les piRNAs et les protéines PIWI conduisant à la dégradation des ARNm cibles. Dans cette étude, les chercheurs identifient un nouveau mode d'action des protéines PIWI. En utilisant comme paradigme l'ARNm nanos qui code une protéine essentielle au développement des structures postérieures de l'embryon de drosophile, l'équipe montre que les piRNAs ciblant nanos ainsi que la protéine PIWI associée, Aubergine (Aub), sont nécessaires à l'activation traductionnelle de nanos. Aub agit au niveau de l'initiation de la traduction et recrute les facteurs d'initiation de la traduction Poly(A) binding protein (PABP), eIF3 et eIF4E. De façon intéressante, la traduction de l'ARNm nanos est associée à sa localisation dans des granules ribonucléoprotéiques spécifiques appelés granules germinaux, qui sont nécessaires à la spécification des cellules germinales. Aub est un composant majeur des granules germinaux dans lesquels elle colocalise avec l'ARNm nanos. L'étude montre que les facteurs d'initiation de la traduction PABP et eIF3d s'associent avec Aub à la périphérie des granules germinaux, suggérant une régulation spatiale de la traduction qui serait activée à la périphérie des granules germinaux.

Une étude concomitante vient de montrer un rôle similaire de la protéine PIWI murine, Miwi dans l'activation traductionnelle d'ARNm au cours de la spermiogenèse chez la souris (Dai et al. Cell 2019 Dec 12; 179: 1566-1581). Miwi s'associe aussi aux facteurs d'initiation de la traduction PABP et eIF3, démontrant un niveau de conservation frappant de cette régulation par les protéines PIWI. Les piRNAs et les protéines PIWI sont retrouvés dans différents types de cellules souches adultes et sont dérégulés dans de nombreux cancers. Ces travaux apportent un nouvel éclairage sur l'importance et la multiplicité des modes d'action des piRNAs et protéines PIWI dans la régulation des ARNm et ouvrent la voie aux études visant à comprendre leurs fonctions dans la 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 (ou...) des cellules souches et la cancérogenèse.

Pour en savoir plus:
The PIWI protein Aubergine recruits eIF3 to activate translation in the germ plasm
Ramat A, Garcia-Silva MR, Jahan C, Naït-Saïdi R, Dufourt J, Garret C, Chartier A, Cremaschi J, Patel V, Decourcelle M, Bastide A, François Juge (Le juge peut être un professionnel du droit, désigné ou élu pour exercer son office. Il peut également être un simple citoyen appelé temporairement à rendre la justice : c'est notamment...) F, Simonelig M.
Cell Research 4 mars 2020. doi.org/10.1038/s41422-020-0294-9

Laboratoire
Institut de Génétique (La génétique (du grec genno γεννώ = donner naissance) est la science qui étudie l'hérédité et les gènes.) Humaine - (CNRS/Université de Montpellier)
141 rue (La rue est un espace de circulation dans la ville qui dessert les logements et les lieux d'activité économique. Elle met en relation et structure les...) de la Cardonille 34396 Montpellier Cedex 5.

Contact:
Martine Simonelig - Chercheuse CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand organisme de recherche scientifique public français (EPST).) à l'Institut de Génétique Humaine (IGH) - Martine.Simonelig at igh.cnrs.fr
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