La dégradation des ARN eucaryotes : de la régulation de l expression des gènes au contrôle de qualité

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1 La dégradation des ARN eucaryotes : de la régulation de l expression des gènes au contrôle de qualité Conférence de Mr. B.Séraphin DOBOSZ Alicia MEIER Marie M2 BBMC bgm Année

2 INTRODUCTION ARNm Régulé par : Taux de transcription Taux de dégradation Nécessaire au bon fonctionnement des cellules : Différenciation Maturation Localisé à des endroits spécifiques de la cellule Dépend de l ARNm à réguler

3 TAUX DE DEGRADATION DEPEND DE : Quantité et qualité de l ARNm Durée de vie d un ARN dépend de : Sa structure 3D Sa composition en nucléotides (composition en GC, ou AU) La stabilité de l ARNm dépend de : La protection de son extrémité 5 (coiffe) La protection de son extrémité 3 (queue poly A)

4 TAUX DE DEGRADATION DEPEND DE : Queue polya

5 VITESSE DE DEGRADATION DEPEND DE : Vitesse de déadénylation Par le complexe ccr4-pop2-not Conditionne temps de demi-vie de l'arnm : Temps de dégradation = Temps de demi-vie Varie d un ARNm à l autre Il faut moins de 10 A restant pour que la dégradation de l ARNm se poursuive, traditionnellement

6 DEGRADATION DES ARNm EUCARYOTES : En temps normal

7 DEGRADATION DES ARNm EUCARYOTES : Localisation des facteurs Pbodies = Dcp bodies

8 DEGRADATION DES ARNm EUCARYOTES : Exosome CUT = Cryptic Unstable Transcripts CUT = Petits transcrits Pol II de séquences intergéniques

9 DEGRADATION DES ARNm EUCARYOTES : Exosome

10 Systèmes de surveillance du mrna

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12 SYSTÈMES DE SURVEILLANCE DU mrna Les auteurs souhaitent étudier les processus de «surveillance de l ARNm» en s attaquant à la régulation et à l initiation de ce processus au niveau du ribosome et non pas en s intéressant au seul devenir de l ARNm à travers ce processus, comme de nombreuses études l ont déjà traité Qu est-ce qui fait que tel ARNm est pris en charge par tel système de surveillance (NMD, NSD, NGD)? Un codon STOP d un ARNm doit toujours en premier lieu être reconnu par les facteurs de terminaison de la traduction erf1 et erf3

13 SYSTÈMES DE SURVEILLANCE DU mrna NMD Nonsense-Mediated Decay But : Dégrader des ARNm contenant des codons STOP prématures (PTC = Premature Termination Codon). Un codon STOP normal se distingue d un PTC parce qu un PTC est retrouvé en amont d un EJC (Exon-Junction Complex = complexe de jonction des exons) Pas une règle de distinction absolue NMD peut-être activé par d autres signaux que la présence des EJCs

14 SYSTÈMES DE SURVEILLANCE DU mrna NMD

15 SYSTÈMES DE SURVEILLANCE DU mrna NMD Quoiqu il arrive, un PTC semble toujours être défini par ce qui est présent en aval de lui (en 3 UTR) Plusieurs options : La présence abondante de facteurs Upf1 en aval du PTC La longueur de la région 3 qu il reste derrière ce PTC La distance éloignée de PABP par rapport à ce site de terminaison (PTC) qui l empêche d interagir avec erf3 et donc de favoriser le départ du ribosome

16 SYSTÈMES DE SURVEILLANCE DU mrna NMD

17 SYSTÈMES DE SURVEILLANCE DU mrna NMD Facteurs impliqués Upf1 : Activités hélicase (cytoplasmique) et ATPase, nécessaires au bon fonctionnement du NMD Interagirait avec erf1 et erf3 pendant la reconnaissance du PTC Interagit directement avec Upf2 et Upf3 3 configurations possibles : Upf1 se fixe à l extrémité 3 de l ARNm (en aval du PTC), et signale la présence du PTC (modèle UTR) Upf1 se fixe à EJC et signale la présence du PTC en amont Upf1 reste fixé à la petite sous-unité ribosomale et «scanne» lorsqu un codon stop arrive dans le ribosome : il aiderait ainsi à distinguer un PTC d un codon STOP normal tout le long de la traduction de l ARNm par un ribosome

18 SYSTÈMES DE SURVEILLANCE DU mrna NMD Facteurs impliqués Upf 2 et Upf3 : Modulent activité d Upf1 ; Protéines qui servent d échafaudage à Upf1 ; Facteurs Upf permettent à Dcp1 et Dcp2, et à l exosome, de dégrader sans attendre étape de déadénylation Distance de la queue polya avec un PTC peut jouer un rôle ou non dans recrutement du système NMD

19 SYSTÈMES DE SURVEILLANCE DU mrna NMD Facteurs impliqués Smg7 : Protéine qui interagit avec Upf1 Permettrait le recrutement direct d autres facteurs de dégradation de l ARNm accélération de la dégradation de l ARNm au cours du NMD Dégradation de l ARNm dans le NMD : Clivage endonucléolytique putatif de l ARNm aberrant (contenant un PTC) Ce clivage endonucléolytique a lieu et est catalysé par le domaine PIN du facteur Smg6 chez les eucaryotes supérieurs

20 SYSTÈMES DE SURVEILLANCE DU mrna NSD Non Stop Decay But : processus qui vise à dégrader des ARNm qui n ont pas de codon STOP Il y a deux catégories d ARNm cibles pour ce mécanisme : 1) Les ARNm tronqués (pas de codon STOP ni de queue poly A) : le ribosome traduit jusqu au bout de l ARNm (jusqu au 3 )

21 SYSTÈMES DE SURVEILLANCE DU mrna NSD 2) Les ARNm qui n ont pas de codon STOP mais qui ont une queue polya : le ribosome traduit l ARNm, mais pas jusqu au bout : polya polylysine. Lysine est chargée positivement. Canal de sortie du ribosome est chargé négativement. Au bout de 18 A traduits de la queue polya, le ribosome contient 6 lysines dans son canal de sortie. Il est bloqué. En effet, la lysine interagit avec le canal (+ avec -)

22 SYSTÈMES DE SURVEILLANCE DU mrna NSD Facteurs impliqués Exosome : Les activités (exo et endo (domaine PIN) nucléase) de la sous-unité DIS 3 (= Rrp44) sont impliqué(e)s dans la dégradation des ARNm ciblés par le système NSD Ski 7 : GTPase traductionnelle Adaptateur entre l ARNm à dégrader (lié par son domaine C terminal) et l exosome qu il recrute (par son domaine N terminal)

23 SYSTÈMES DE SURVEILLANCE DU mrna NGD No-Go Decay But : Dégrader des ARNm qui présentent des structures/séquences qui obligent le ribosome à s arrêter sur l ARNm en cours de traduction Ce qui peut induire le mécanisme NGD sont les situations suivantes : Des structures stables en tige-boucle Des pseudo-nœuds Des séquences riches en GC Des bases de l ARNm endommagées Eventuellement aussi, certains enchaînements particuliers de codons ou de séquences peptidiques (qui elles mènent à des structures secondaires gênantes) Quand le NGD est activé, cela mène à une coupure endonucléolytique de l ARNm en amont du ribosome arrêté.

24 SYSTÈMES DE SURVEILLANCE DU mrna NGD

25 SYSTÈMES DE SURVEILLANCE DU mrna NGD et NSD Doute sur la distinction entre NSD et NGD : en effet, ces deux mécanismes, in fine, peuvent être induits par des enchaînements particuliers de séquences peptidiques qui peuvent conduire à des structures secondaires gênantes (blocage et arrêt du ribosome) Dans tous les cas, les ARNm reconnus par NGD et NSD subissent une dégradation endonucléolytique en amont

26 SYSTÈMES DE SURVEILLANCE DU mrna NGD ET NSD Facteurs impliqués Dom34 : Relation structurale entre Dom34 et erf1 Stimule le clivage endonucléolytique par une endonucléase Hbs1 : inconnue Relation structurale entre Hbs1 et erf3 Contrôle la longueur de l ARNm restante en 3 et peut donc stimuler le système NGD Hbs1 et Dom34 se lient directement au site A du ribosome pour dissocier les sous-unités du complexe ribosomique

27 SYSTÈMES DE SURVEILLANCE DU mrna NGD ET NSD Facteurs impliqués Rli1 : ATPase essentielle requise déjà lors de la dissociation canonique (normale) du ribosome. Stimule activité de dissociation des sous-unités. Rli1 forcerait Dom34 (comme il le fait avec erf1 en temps normal) à travers l interface entre les sous-unités du ribosomes, ce qui va rompre les liaisons inter-sous-unités dissociation directe des sous-unités Le rôle d ATPase de Rli1 dans ce processus de dissociation pourrait être endossé par UPF1 dans le système NMD : cela reste à vérifier. Il n est toutefois pas exclu que Dom34, Hbs1 et Rli1 soient recrutés également dans le NMD Similarité entre Ski7 et Hbs1 : Hbs1, Ski7 et erf3 descendraient tous d un même gène ancestral commun

28 SYSTÈMES DE SURVEILLANCE DU mrna NRD Nunfonctional Ribosome Decay But : surveillance du ribosome

29 SYSTÈMES DE SURVEILLANCE DU mrna CHEZ LES EUCARYOTES Conclusion Somme toute, ces trois voies ont pour but de résoudre un problème d arrêt du ribosome sur un ARNm aberrant, et pour ce faire, il faut que ces trois voies mènent à : Eliminer l ARNm aberrant, non productif Recycler les petites sous-unités ribosomiques bloquées sur l ARNm aberrant, trouver un moyen de les ré-exploiter pour de futurs cycles de traduction tant que le blocage du ribosome n était pas lié à un dysfonctionnement du ribosome lui-même Si ribosome recyclé, économie d énergie Si ribosome non recyclé, il est dégradé par le NRD

30 SYSTÈMES DE SURVEILLANCE DU mrna CHEZ LES EUCARYOTES Conclusion Eliminer le peptide, issu de la traduction avortée du brin aberrant, qui peut être toxique ou avoir des conséquences graves sur la cellule si non pris en charge : On ne sait pas vraiment quand est-ce que cette dégradation du peptide a lieu, mais Not4 et Ltn1 (deux ligases E3) sont des ligases connues pour cibler les protéines avortées issues du NSD pour poly-ubiquitinylation et dégradation subséquente Dans le cas du NMD (et peut-être aussi du NGD), on pense que l extrémité N terminale de UPF1 pourrait endosser ce rôle de ligase, puisqu il présente un motif ligase 3 lui aussi et qui est connu pour servir dans le système NMD

31 SYSTÈMES DE SURVEILLANCE DU mrna CHEZ LES EUCARYOTES Conclusion Coupure endonucléolytique dans un ARNm est : Un signal irréversible qui engage automatiquement l ARNm et un ribosome arrêté dessus dans un processus de vérification par l une (ou plusieurs) des voies de surveillance Un signal suffisant pour amorcer la dégradation de cet ARNm, même s il est encore polyadénylé et/ou coiffé Durée de l arrêt du ribosome permet distinction entre arrêt normal et arrêt anormal (+ c est long, moins c est normal)

32 Conclusion