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Dialogue entre inactivation, contrôle qualité et épissage des ARN

Les voies de contrôle de la qualité des ARN (RQC) éliminent les ARN aberrants sans toucher aux ARN fonctionnels tandis que l’inactivation post-transcriptionnelle (PTGS) élimine toute forme d’ARN. Un bon fonctionnement du RQC est indispensable pour éviter que le PTGS ne s’attaque aux ARN endogènes. De récents travaux montrent qu’une protéine d’épissage intervient directement dans l’équilibre PTGS/RQC.

Microscopie confocale. Feuille d’Arabidopsis thaliana ou Arabette des dames (Brassicacées). Coloration et marquage : en rouge, autofluorescence ; en jaune, la protéine fluorescente (en anglais Green Fluorescent Protein ou GFP) couplée avec un marqueur de la plaque cellulaire ; en bleu du noyau au DAPI (le DAPI ou 4',6'-diamidino-2-phénylindole est une molécule fluorescente capable de se lier fortement aux bases adénine (A) et thymine (T) de l'ADN).. © © INRA, BELCRAM Katia
Mis à jour le 01/09/2017
Publié le 28/08/2017
Mots-clés : GENETIQUE - ARN

L'expression des gènes codant pour des protéines s'effectue à la faveur d'un ensemble d’étapes - synthèse de l’ARN, ajout de la coiffe, épissage (en anglais, splicing), transport, contrôle de la qualité, traduction et dégradation - que l’ARN messager (ARNm) doit subir sans erreurs pour qu'une protéine fonctionnelle soit produite en quantité appropriée.

Les mécanismes de contrôle de la qualité des ARN (en anglais, RNA quality control ou RQC) ont vocation à éliminer les ARN aberrants afin que seuls les ARNm fonctionnels soient traduits en protéines. Un dysfonctionnement du RQC ou sa saturation du fait d’un excès d’ARN aberrants déclenche une inactivation post-transcriptionnelle (en anglais, post-transcriptional gene silencing ou PTGS) qui conduit à la dégradation non seulement de l’ARNm aberrant mais également des ARNm fonctionnels homologues via la production de petits ARN interférants (en anglais, short interfering RNA ou siRNA).

Les défauts d’épissage des pré-ARNm sont une source importante d’ARN aberrants, on devrait donc observer une augmentation du PTGS en cas de dysfonctionnement de l’épissage. Des chercheurs de l’Inra se sont intéressés au rôle potentiel des protéines d’épissage dans l’équilibre PTGS/RQC.

 

Régulation de l'expression génique par les mécanismes de RQC, de PTGS et d'épissage

A partir d’une plante d’Arabidopsis thaliana présentant un défaut d’épissage du gène PAS2 impliqué dans la biosynthèse des acides gras, ils ont isolé plusieurs mutants de la voie RQC. Ces mutants sur-accumulent une forme mal épissée de l’ARNm PAS2, laquelle permet la traduction d’une protéine fonctionnelle. Ceci suggère que, lorsque des mutations dans un gène affectent l’épissage du pré-ARNm, les ARN aberrants qui en résultent sont naturellement éliminés par la voie RQC.

Paradoxalement, dans ces fonds RQC-déficients, les ARNm mal épissés sont accumulés et non éliminés par le PTGS alors qu’une déficience en RQC conduit généralement à la dégradation des ARN aberrants par le PTGS.

Une mutagénèse effectuée sur une lignée d’A. thaliana présentant une inactivation post-transcriptionnelle des gènes NIA1 et NIA2 endogènes induit par un transgène 35S:NIA2 a permis d’isoler un mutant affecté dans le gène SmD1. Ce gène code pour une protéine de la machinerie d’épissage. La mutation smd1 supprime également le PTGS de transgènes dépourvus d’intron et ne présentant pas d’homologie avec des gènes endogènes, ce qui indique que la fonction de la protéine SmD1 dans le PTGS est indépendante de sa fonction dans l’épissage. Il est possible de rétablir le PTGS dans un mutant smd1 en interrompant différentes voies RQC. En l’absence de la protéine SmD1, les ARN aberrants sont dégradés par le RQC suggèrant que SmD1 intervient directement dans l’équilibre PTGS/RQC, en favorisant l’adressage des ARN aberrants au PTGS ou en empêchant leur dégradation par le RQC.

La mutagénèse effectuée sur la lignée d’A.thaliana 35S:NIA2 a permis d’isoler quatre autres mutants déficients en PTGS et affectés dans des gènes codant pour des protéines d’épissage, ce qui suggère une large implication de ces protéines dans la balance PTGS/RQC. Aucun de ces mutants ne présentent de réactivation du PTGS dans les même fonds RQC-déficients, ce qui indique que différentes protéines d’épissage interviennent à différentes étapes de l’équilibre PTGS/RQC.

SpliSil - Décryptage des fonctions biologiques élémentaires et de leur intégration

Le dialogue PTGS/RQC/épissage est notamment l’objet du projet SpliSil (Décryptage des fonctions biologiques élémentaires et de leur intégration, ANR 2017-2020). SpliSil a pour objectif de disséquer les mécanismes moléculaires de la régulation de l'expression génique par les mécanismes de RQC, de PTGS et d'épissage. A terme, il devrait permettre de disposer de nouveaux outils pour contrôler ces étapes importantes de l’expression des gènes chez les Eucaryotes.

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Biologie et amélioration des plantes
Centre(s) associé(s) :
Versailles-Grignon

En savoir plus

Hématy K. et al. The Zinc-Finger Protein SOP1 Is Required for a Subset of the Nuclear Exosome Functions in Arabidopsis. PLoS Genet. 2016 Feb 1;12(2):e1005817. doi: 10.1371/journal.pgen.1005817

Elvira-Matelot E et al. The Nuclear Ribonucleoprotein SmD1 Interplays with Splicing, RNA Quality Control, and Posttranscriptional Gene Silencing in Arabidopsis. Plant Cell. 2016 Feb;28(2):426-38. doi: 10.1105/tpc.15.01045.