G Génétique fonctionnelle

Suivant l’organisme considéré, l’importance du NMD varie considérablement, ce qui se constate par la diversité des phénotypes observés dans les différents organismes suite à l’inactivation d’acteurs du NMD. Il semble cependant que la voie NMD ait une importance particulière pour le développement neural.

Chez Caenorhabditis elegans, les gènes SMG1, SMG2 (UPF1), SMG3 (UPF2), SMG4 (UPF3), SMG5, SMG6 et SMG7 ne sont pas nécessaires au développement normal mais, comme leur nom l’indique, la perte fonctionnelle d’un de ces facteurs résulte en

Figure I.16: Le NMD est essentiel au cours du développement du poisson zèbre.

Vue latérale d’embryons de 24 hpf injectés avec un morpholino de traduction ciblant upf1 (A), upf2 (B), smg5 (C) ou smg6 (D). (E-H) Embryons injectés avec le morpholino contrôle correspondant. Les embryons sélectionnés pour les morphants sont les plus représentatifs des embryons moyennement à fortement affectés. Les morphants présentent une large nécrose au niveau du système nerveux (pointe de flèche vide), un sous développement des yeux (pointe de flèche pleine), une morphogenèse anormale des somites (flèche noire) et une perturbation dans l’extension du sac vitellin (flèche rouge). Le pourcentage des embryons survivants à 5 dpf est indiqué en dessous de chaque embryon. Le nombre total d’embryons injectés est indiqué en parenthèse. Barre d’échelle= 200 µm.

D’après Wittkopp,N., Huntzinger,E., Weiler,C., Saulière,J., Schmidt,S., Sonawane,M. and Izaurralde,E. (2009) Nonsense-mediated mRNA decay effectors are essential for zebrafish embryonic development and survival. Mol. Cell. Biol., 29, 3517–3528.

15 des défauts morphologiques au niveau de l’appareil reproducteur (44, 91, 92). La perte de SMGL-1 (NBAS) ou SMGL-2 (DHX34) mène cependant à la mort précoce des embryons. Chez Drosophila melanogaster, UPF1 et UPF2 sont requis pour le développement larvaire alors que UPF3 ou SMG-1 ne le sont pas (93–95). Ces observations suggèrent que le NMD peut fonctionner dans certains cas de manière indépendante de SMG1 et UPF3 chez cette espèce.

Il a été montré chez D. rerio que la diminution d’expression de UPF1 via morpholino mène à un retard de croissance ainsi qu’à de nombreux défauts développementaux au niveau des yeux, du cerveau (principalement à la frontière entre le mésencéphale et le rhombencéphale) et des somites [Figure I.16] (96). De plus, le taux de mortalité atteint 80% après 5 jours post fécondation. Des défauts similaires ont été constatés suite à l’injection de morpholinos ciblant Upf2, Smg5 ou Smg6 (96). Le « knock-down » de Smg7 mène principalement à des défauts au niveau du cerveau, tel qu’un cerveau allongé. La diminution d’expression de upf3a mène à de faibles défauts au niveau de la formation du cerveau, tandis que celle de smg1 ou upf3b ne conduit à l’apparition d’aucun défaut morphologique visible.

Les souris (Mus musculus) ayant subi un « knock-out » de UPF1 ne présentent aucune activité du NMD et meurent très précocement (3,5 jours après coït en culture) (97). L’importance du NMD pour la viabilité des embryons murins est confirmée par les mutants KO pour SMG-1 et UPF2 qui meurent à respectivement 8,5 jours et 9,5 jours embryonnaires (98, 99). Grâce à des « knock-out » conditionnels de UPF2 chez la souris, il a été montré que l’absence de ce facteur est nécessaire pour le maintien des cellules souches, des progéniteurs hématopoïétiques et des cellules de Sertoli, ainsi que pour la différenciation terminale des cellules du foie (données revues dans (81)). Un « knock-

out » conditionnel de SMG6 dans une culture de cellules souches embryonnaires de

souris, a montré que ces cellules sont incapables de se différencier. De plus, le « knock-

down » de UPF3B chez la souris a montré que l’inhibition du NMD mène à une

augmentation de la prolifération des progéniteurs neuronaux aux dépens de leur capacité de différenciation (données revues dans (36)). Ainsi il semble que, chez la souris du moins, des gènes cibles du NMD soient impliqués dans de nombreux processus de prolifération et de différenciation.

Chez l’homme, divers troubles induits par des mutations inactivatrices d’acteurs de la voie NMD ont été répertoriés (données revues dans (43)). Des mutations dans les gènes UPF3B ou UPF2 sont liés à des troubles neuro-développementaux, tel qu’un retard mental, l’autisme ou la schizophrénie. UPF3B est en plus associé avec des malformations faciales. De plus, des mutations affectant l’épissage du gène UPF1 ont été corrélés avec des cas d’adénocarcinomes du pancréas.

A

B

C

Figure I.17: Architecture de l’hélicase DHX34

(A) Schéma représentant les différents domaines fonctionnels de DHX34, les limites de chaque domaine sont indiquées par le numéro du résidu. Les domaines ont été nommés à partir de la structure de Prp43 et basés sur les prédictions obtenues en utilisant PHYRE2. Les domaines sont NTD (gris), RecA1 (vert), RecA2 (rose), winged-helix (WH) (orange), Ratchet (bleu ciel), OB-fold (rouge) et CTD (brun). Le domaine RecA2 contient une petite boucle β antiparallèle représentée en jaune. (B) Modèle tridimensionnel en ruban de Dhx34 obtenu en utilisant PHYRE2 comme modèle. (C) Quatre vues de la structure de DHX34 d’une résolution de 24-Å obtenue par microscopie électronique représentée en tant que densité transparente dans laquelle le modèle tridimensionnel a été ajustée. Barre d’échelle= 5 nm.

Tiré de Melero,R., Hug,N., López-Perrote,A., Yamashita,A., Cáceres,J.F. and Llorca,O. (2016) The RNA helicase DHX34 functions as a scaffold for SMG1-mediated UPF1 phosphorylation. Nat. Commun., 7, 10585.

Figure I.18: Modèle moléculaire de la fonction de DHX34 dans le NMD

DHX34 fonctionne en tant que lien moléculaire pour UPF1 et SMG1, amenant les deux protéines dans la bonne orientation et plaçant UPF1 en face du domaine kinase de SMG1. Le domaine CTD de DHX34 est essentiel afin de maintenir le complexe SMG1-UPF1-DHX34 ensemble. DHX34 pourrait aussi contribuer à la phosphorylation de UPF1 en facilitant l’interaction de UPF1 avec d’autres acteurs du NMD et le remodelage du complexe NMD. Tiré de Melero,R., Hug,N., López-Perrote,A., Yamashita,A., Cáceres,J.F. and Llorca,O. (2016) The RNA helicase DHX34 functions as a scaffold for SMG1-mediated UPF1 phosphorylation. Nat. Commun., 7, 10585.

16 Le NMD est bien plus qu’un « simple » mécanisme de contrôle de qualité des ARNm, son implication dans le contrôle de l’expression de nombreux gènes essentiels lui confère une importance capitale pour le développement et la survie de l’organisme. Encore obscures, ces fonctions sont d’un intérêt capital tant d’un point de vue fondamental qu’appliqué puisque le NMD joue un rôle important dans de nombreuses maladies humaines.