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Quand l’activité decapping protège les ARNm cellulaires d’une dégradation irréversible

L’interférence ARN, ou RNAi, élimine les ARN exogènes tandis que le contrôle de la qualité de l’ARN, ou RQC, élimine les ARN aberrants endogènes. Des chercheurs de l’Inra, du CNRS et leurs collègues allemands montrent que l’activité decapping du RQC s’attaque en fait aux ARN aberrants endogènes comme exogènes, et que le RNAi n’est enclenché qu’en cas de saturation ou de déficience du RQC, conduisant à la mort de la plante lorsqu’il s’attaque aux ARNm endogènes

Prélèvement à la pince d'une feuille d'arabette des dames ou Arabidopsis thaliana. © Inra
Mis à jour le 23/06/2016
Publié le 23/06/2016

La plupart des organismes eucaryotes doivent faire face à des agents pathogènes (virus, bactéries) qui introduisent et expriment leur information génétique chez leurs hôtes. Ils ont développé des stratégies de défense parmi lesquelles l’interférence ARN, en anglais RNA silencing ou RNAi, qui transforme une partie de l'ARN exogène en petites molécules appelées siARN, capables d'induire la dégradation du reste de l'ARN exogène par un processus d’appariement-clivage.

Les organismes eucaryotes doivent également garantir une expression fidèle de leur propre génome. L'expression de gènes codant pour des protéines s'effectue à la faveur d'un ensemble d’étapes - synthèse de l’ARN pré-messager, ajout de la coiffe (en anglais cap), épissage, transport, traduction et dégradation de l’ARNm - que l’ARNm doit subir sans erreurs pour qu'une protéine fonctionnelle soit produite. Pour limiter les conséquences d’éventuelles erreurs, les eucaryotes ont développé un ensemble de processus de contrôle de la qualité des ARN, en anglais RNA quality control ou RQC, qui éliminent les ARNm endogènes dysfonctionnels.

Si les ARN d’origine exogène, et en particulier les transgènes, induisent souvent le RNAi, les ARNm endogènes ne l’induisent jamais spontanément, à quelques exceptions près. Une différence que les chercheurs de l’Inra, du CNRS et leurs collègues allemands ont explorée chez les plantes.

 

De la nécessité du bon fonctionnement du RQC

L’élimination des ARN endogènes aberrants requiert une étape dite de decapping qui consiste en l’élimination de la coiffe qui protège l’extrémité 5’ des ARNm. Cette étape, qui se déroule dans des corpuscules cytoplasmiques appelés P-bodies (en anglais, processing bodies), enclenche la dégradation de l’ARN aberrant à partir de ses extrémités par des exoribonucléases.

Les scientifiques ont montré que des mutations dans les activités decapping ou exoribonucléases augmentent l’inactivation des transgènes par RNAi et provoquent l’entrée de milliers d’ARNm endogènes dans la voie du RNAi et la production de siARN dans des corpuscules cytoplasmiques appelés siRNA-bodies (en anglais, short-interfering RNA bodies) situés à proximité des P-bodies. La transformation de milliers d’ARNm endogènes en siARN conduit à la mort de la plante, ce qui indique qu’un bon fonctionnement du RQC est essentiel pour que le RNAi soit uniquement dédié à l’élimination des ARN exogènes et ne s’attaque pas aux ARN endogènes.

Le RQC comme première ligne de défense

La comparaison des ARN produits par des lignées transgéniques portant le même transgène et déclenchant ou non le RNAi a mis en évidence dans les lignées soumises au RNAi, la présence en quantités plus importantes d’un ARN aberrant non protégé par une coiffe. Dans le cas étudié, cet ARN est issu d’une transcription dite permissive (en anglais, readthrough) à travers une séquence terminatrice d’origine bactérienne couramment utilisée pour construite les transgènes. Cet ARNreadthrough est clivé en aval du site de polyadénylation, genérant un fragment 5’ coiffé et polyadénylé stable et un fragment 3’ non coiffé. Ce fragment non coiffé n’est vraisemblablement pas entièrement dégradé dans les P-bodies en raison de son abondance, et peut entrer dans les siRNA-bodies pour enclencher le RNAi. L’augmentation du RNAi des transgènes dans des mutants déficients en activité decapping ou exoribonucléase indique donc que le RQC agit comme une première ligne de défense contre les ARN aberrants, et que le RNAi n’est mis en place que lorsque le RQC est déficient ou saturé, par exemple en présence d’un excès d’ARN aberrant d’origine transgénique.

 

Soulignons que l’utilisation de terminateurs d’origines bactériennes, couramment employés pour la construction de transgènes, est vivement déconseillée en raison des risques de transcription permissive qu’ils occasionnent. L’analyse des séquences régulatrices des gènes endogènes qui produisent des ARN qui n’induisent pas la voie du RNAi, lorsque le RQC est déficient,devrait permettre de fournir des éléments pour la construction de transgènes insensibles au RNAi. Par ailleurs, l’inventaire des gènes endogènes capables de produire des siARN lorsque le RQC est déficient fournit des pistes pour identifier les gènes responsables de certaines pathologies, en particulier les maladies auto-immunes chez l’homme.

Ces travaux et leurs résultats constituent un des faits marquants de l'Inra Versailles-Grignon au titre de l'année 2015.

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Biologie et amélioration des plantes
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Versailles-Grignon

En savoir plus

Martínez de Alba AE et al. In plants, decapping prevents RDR6-dependent production of small interfering RNAs from endogenous mRNAs. Nucleic Acids Res. 2015 Mar 11;43: 2902. doi: 10.1093/nar/gkv119. Epub 2015 Feb 18.

Parent JS. et al. Post-transcriptional gene silencing triggered by sense transgenes involves uncapped antisense RNA and differs from silencing intentionally triggered by antisense transgenes. Nucleic Acids Res. 2015 Sep 30; 43(17):8464-75. doi: 10.1093/nar/gkv753. Epub 2015 Jul 24.

Yu A. et al. Second-Site Mutagenesis of a Hypomorphic argonaute1 Allele Identifies SUPERKILLER3 as an Endogenous Suppressor of Transgene Posttranscriptional Gene Silencing. Plant Physiol. 2015 Oct; 169(2):1266-74. doi: 10.1104/pp.15.00585. Epub 2015 Aug 18.