Les ARN silencers

La répression de l’expression génique a deux fonctions majeures : la défense contre les

3.2. Les ARNs non codants impliqués dans la régulation de l’expression génique 61

les virus est assurée par les siRNAs (small interfering RNAs) qui sont des ARNs double-brins de ≈21 nucléotides de long, modifiés en 3’, provenant de longs transcrits exogènes double-brin

(dsR-NAs). Les micro-ARNs répriment l’expression de transcrits RNAPII ;≈30% de gènes humains

se-raient régulés par des miRNAs[251]. Ils sont double-brin également, longs de 21 nucléotides et

proviennent de la coupure de transcrits structurés en épingle à cheveux (figure 3.2 A). Ces deux catégories d’ARNs proviennent de transcrits plus long coupés par des ribonucléase III Drosha et Dicer. L’homme, la souris et Caenorhabditis elegans possèdent un seul gène Dicer. Chez la dro-sophile, il existe deux gènes : Dicer-2 pour les siRNAs et Dicer-1 pour les microRNAs. Une fois coupés et déshybridés, ces petits ARNs s’associent à des protéines de la famille Argonaute pour

former les complexes RISC et MiRNP respectivement de répression de l’expression génique[141].

La protéine Argonaute possède deux domaines principaux : un domaine de liaison à l’ARN PAZ en N-terminal et un domaine Piwi RNAse-like en C-terminal. Comme pour Dicer, chez les mammi-fères, les membres de la famille AGO contribuent aux deux voies miARn et siARN alors que chez la Drosophile, Ago1 s’occupe des miARNs et Ago2 des siARNs. Dans ces complexes

Target mRNAs from loci unrelated to miRNA gene

Code couleur

A

B

7

d'après Kawaji and Hayashizaki, 2008 d'après Bartel, 2004

FIGURE3.2 – Les ARNs silencer. A. Biogenèse des miARN chez les métazoaires. Le précurseur est synthétisé par la RNAPII le plus souvent et s’hybride sur lui-même, c’est le pri-miARN. Les extré-mités sont ensuite coupées par l’enzyme Drosha et aboutissent au pré-miARN. Exporté dans le cytoplasme, la boucle du pré-miARN est coupée par l’enzyme Dicer. Une hélicase vient ensuite séparer les deux brins et le miARN est incorporé au complexe RISC. Les gènes ciblés ne sont pas les mêmes que ceux qui ont produit les miARNs. Le brin opposé est beaucoup moins représenté dans ces complexes. Biogenèse des siARN. Le précurseur est un ARN double brin, provenant d’un ARN étranger. Il est coupé par Dicer en petits morceaux de 21 nucléotides et les duplex sont sépa-rés par une hélicase. Chacun des deux brins peut être ensuite incorporé dans un complexe RISC.

B.Protéines associées aux ARN silencers. Les protéines associées aux ARNs silencers peuvent être

3.2. Les ARNs non codants impliqués dans la régulation de l’expression génique 63

Une nouvelle classe de petits ARNs a été mise en évidence : les repeat-associated small inter-fering RNAs ou rasi-RNAs. Ils forment des complexes avec les protéines Piwi et Aubergine de la famille Argonaute plutôt que Ago-1 ou Ago-2 comme les microARNs et siARNs (figure 3.2 B). Les protéines Piwi sont impliquées dans l’intégrité des lignées germinales. On les trouve dans la lignée

germinale de la Drosophile, de Caenorhabditis elegans ainsi que chez Arabidopsis thaliana[185].

Ils se différencient des autres siARNs par le choix d’un brin préférentiel, seul un brin sert à faire les rasiARN alors que pour les siARNs, les deux brins sont utilisés de façon aléatoire. Ils répriment l’ex-pression d’éléments répétés (SINes, LINes, transposons, etc.) et contrôlent leur mobilisation dans

la lignée germinale de Drosophile et de Caenorhabditis elegans[287, 313]. Ils pourraient

égale-ment réguler l’expression en modifiant la chromatine, notamégale-ment chez les plantes[141]. En plus

des sous-familles Piwi et Aubergine, il existe la famille Argonaute-3. Ces protéines ont un profil d’expression similaire aux protéines Piwi et Aubergine et s’associent à des ARNs de 23 à 26 nt. Ces trois sous-familles d’Argonaute sont souvent associées à des rasiARNs. Ils mesurent entre 24 et 29 nucléotides et ne requièrent ni Dicer-1 ni Dicer-2 pour leur coupure. Parmi les ARNs associés à

ces protéines Piwi/Aubergine et Ago3. Une observation a été faite sur le biais du brin associé. Les

piARNs (associés à Piwi, comprenant majoritairement des rasiARNs) sont des brins antisens alors que les ARNs associés à Ago3 sont sens. Ces deux complexes fonctionnent, en fait, en synergie pour permettre la répression des transposons. Les protéines Piwi reconnaissent les piARNs (antisens) possédant un biais uridine en 5’ (par la protéine Slicer) et s’hybridant avec des transposons inac-tifs. Ces complexes vont ensuite s’hybrider avec les ARNs de transposons et les couper en 5’ pour former de nouveaux complexes Ago3 avec un brin sens. Ce complexe va alors chercher une nou-velle cible, probablement un pré-ARNm d’un locus contrôle qui contient des séquences antisens de transposon et les couper en 3’. Cela va permettre de créer de nouveaux piARNs qui pourront être chargés sur des protéines Piwi (figure 3.3). Le système ne cesse ainsi de s’amplifier au cours des cycles, ce qui explique la persistance du système dans les lignées germinales de Drosophile et de mammifères. Il reste encore des points à éclaircir, notamment la provenance originels des

piARNs (ARNs maternels ?) ainsi que l’origine de la coupure en 3’ [32, 113]. Outre les siARNS

exo-gènes, des endo-siARNs ont été découverts chez les animaux. Déjà connus chez les plantes, des siARNs endogènes ont été mis en évidence dans des cellules en culture de Drosophile ainsi que

dans les têtes de Drosophile. De même taille que les siARNs exogènes et modifiés en 3’, ces ARNs proviennent à 80% et 33% de transposons respectivement dans les cellules somatiques en culture et dans les têtes de Drosophile. Les 67% restants dans les têtes de Drosophile proviennent à part égale de régions codantes et de régions intergéniques. Pour le moment, on ne connaît pas leur

biogenèse (ils ne sont pas complètement sensibles à une délétion de Dicer-2), ni leur fonction[97]

3.2. Les ARNs non codants impliqués dans la régulation de l’expression génique 65

d'après Brennecke, Aravin et al. 2007

FIGURE3.3 – Le modèle Ping-Pong des piARNs. Ce schéma illustre la boucle d’amplification

ba-sée sur les complexes Piwi/Aub, et Ago3, le groupe de piARNs et les transcrits des transposons

actifs. Les coupures de nucléotides sont représentées avec des ciseaux. Les sources potentielles de piARNs primaires sont les transcrits piARNs et les complexes piARNs hérités de la mère.