Le grand projet des séquençages des génomes a marqué à la fin des 1990 l'entrée dans l'ère post-génomique. Les premiers travaux d'annotation ont révélé que la proportion codante des génomes est infime (seul 2-3% du génome est transcrit en ARN messagers, ARNm). Par ailleurs, les progrès en transcriptomique ont quant à eux démontré que la grande majorité du génome est transcrite, soulignant ainsi la grande part d'informations qu'il reste à découvrir.
Une des découvertes issue des analyses transcriptomiques est qu'il existe un grand nombre de longs ARN non-codants (lncRNAs). Ils ont été classés ainsi sur la base du seuil historique de 100 codons en deçà duquel on considérait que le cadre ouvert de lecture présent n'avait que peu de chance d'être biologiquement significatif.
Pourtant, des études ont montré que ces lncRNAs, à l'instar des ARNm, peuvent être coiffés, épissés et polyadénylés, trois étapes corrélées avec la traduction de l'ARN en protéine. De plus, ils présentent des patrons d'expression hautement régulés au cours du développement d'invertébrés (drosophile) ou de mammifères (souris). Ceci suggérant que ces lncRNAs puissent être impliqués dans l'embryogenèse, des mutations ont été générées et pour certains le résultat est sans appel : un développement incorrect suivi de la mort.
C'est le cas du lncRNA polished-rice (pri) identifié chez les insectes, et plus particulièrement chez la drosophile, l'organisme sur lequel nous travaillons. Lorsqu'il est muté, pri est embryonnaire létal. Ceci est accompagné d'un phénotype notoire : la cuticule des embryons est lisse, elle ne présente pas de structure en forme de poil : les trichomes. Les travaux sur pri ont montré que sa fonction dépend de l'expression de 4 peptides Pri (11- 32aa), démontrant l'inadéquation du seuil de 100 résidus.
Nous étudions la différenciation terminale des cellules épidermiques embryonnaires (formant les trichomes) comme paradigme de la morphogenèse cellulaire. Nos études avaient attribué ce remodelage à un facteur de transcription : Shavenbaby (Svb), nécessaire et suffisant à la formation des trichomes. En effet, dans les cellules où il est exprimé, Svb induit l'expression d'une centaine de gènes-cibles impliqués dans la formation d'une extension au pôle apical.
L'expression de Svb n'est pas altérée dans un mutant pri, et réciproquement, plaçant Svb et les peptides Pri au même niveau dans le programme de différenciation du trichome. Grâce à diverses approches (crible RNAi en culture cellulaire, découpage moléculaire de Svb suivi d'analyses biochimiques ou encore génétique chez la drosophile adulte), nous avons pu décrypter ce mécanisme nouveau où des peptides exprimés à partir de petits cadres ouverts de lecture (sPEP) contrôlent un programme génétique. En effet, nos travaux montrent que les peptides Pri sont requis dans la formation d'un complexe entre Svb et Ubr3, une ubiquitine-ligase. Ainsi, Svb est polyubiquitinylé et dirigé vers le protéasome, la machinerie de dégradation des protéines. Là, contrairement à la majorité des cas, Svb va subir une dégradation partielle. Nous montrons que c'est dû à la structure même de Svb, dont certains domaines pourraient agir comme des blocs, empêchant sa dégradation totale. La région de Svb éliminée contient un domaine de répression, la forme courte de Svb relarguée un domaine d'activation. Cette dégradation partielle a donc pour conséquence un changement d'activité transcriptionnelle de Svb, de répresseur à activateur d'un programme génétique.
Cette étude est, avec de rares autres, pionnière, en ce sens où elle décrit le mécanisme d'action de sPEP dans des processus de morphogenèse, et que de nombreux travaux démontrent que cette catégorie de molécules relativement nouvelles pourrait représenter un réservoir encore inexploré de fonctions biologiques.
|
At the end of 1990's, genome sequencing projects have marked the beginning of the post-genomic area. First annotation works revealed that the coding proportion of genomes is quite little (only 2-3% is transcribed into messenger RNA, mRNA). Furthermore, thanks to transcriptomic progress we know that almost all the genome is transcribed, underlying the amount of information remaining to be discovered.
Transcriptomic analysis revealed a great number of long non-coding RNAs, such classified because of the historic 100 codons threshold. Indeed, behind 100 codons, an open reading frame (ORF) was considered as biologically meaningless.
But studies have shown that, as mRNAs, lncRNAs are sometimes capped, spliced and polyadenylated, 3 synonymous step of an RNA translation into protein. Moreover, their expression pattern is highly regulated during invertebrate (drosophila) as well as mammals (mice) development, suggesting their involvement in embryogenesis. This is why mutation of some of them has been performed, leading sometimes to an irrevocable result: an improper development followed by death.
That is what we observed with polished-rice (pri) lncRNA, identified in insects and especially in drosophila, the model organism we work on. When mutated, pri is embryonic lethal. This go with a strong smooth cuticle phenotype, which is unable to form typical hair shape structures: the trichomes. Studies on Pri have demonstrated that his function actually depends on 4 small peptides Pri (11-32aa) expression, showing as the 100 codons threshold was unsuitable.
We work on the terminal differentiation of embryonic epidermal cell (forming trichome) as a paradigm of cell morphogenesis. Our studies have attributed this shape change to a transcription factor: Shavenbaby (Svb), necessary and sufficient to trichome formation. Indeed, in cells expressing Svb, it induces one hundred target genes expression, all of them involved in an extension formation at the apical pole of the cell.
Svb expression is unaltered in pri mutant, and vice versa. Thus, Svb and Pri peptides are at a same level in the trichome differentiation program. Various approaches (as culture cell RNAi screen, molecular deciphering of Svb followed by biochemical analysis or genetic in adult drosophila) allowed us to understand this new mechanism in which small ORF encoded peptides (sPEP) control a genetic program. Our work demonstrates that pri peptides trigger the interaction between Svb and Ubr3 (an E3 ubiquitin-ligase). Svb is thus polyubiquitynated and targeted to the proteasome, the proteins degradation factory. Here, unlike the majority of proteasomal degraded proteins, Svb undergoes a partial degradation. We show that it is due to Svb own domains which may act as structural blocks, preventing the full degradation. The eliminated part of Svb contains a repressor domain and the released shorter form of Svb an activator one. This is why this partial degradation leads to a switch in Svb transcriptional activity, from a repressor to an activator of a morphogenesis program.
This study, among few others, is pionner in describing sPEPs mode of action in morphogenesis process. Many works have now demonstrated that this relatively new class of molecules certainly embodies an unexplored reservoir of biological functions.
|