La terminaison transcriptionnelle d’ARN non-codants chez la levure

Outre les ARNms, l’ARNPII transcrit un nombre imposant d’ARNncs chez la levure. Certains de ces ARNncs exerce des fonctions importantes au niveau cellulaire, tels que les snoRNAs ou encore les snRNAs, alors que la majorité restante représente le produit d’une transcription généralisée du génome dont les fonctions biologiques font l’objet d’intenses spéculations.

6.2.1. La terminaison transcriptionnelle NNS-dépendante

Chez S. cerevisiae, le complexe NNS, composé des protéines Nab3 (nuclear polyadenylated RNA-binding protein 3) (Wilson et al., 1994), Nrd1 (nuclear pre-mRNA downregulation protein 1) (Steinmetz et Brow, 1996) et Sen1 (splicing endonuclease 1) (Winey et Culbertson, 1988), est important pour la terminaison de la transcription de nombreux ARNncs tels que les snoRNAs, les snRNAs ainsi qu’un nombre important d’ARNs cryptiques issus de la transcription généralisée du génome (Arigo et al., 2006, Marquardt et al., 2011, Rasmussen et Culbertson, 1998, Steinmetz et al., 2001, Thiebaut et al., 2006). Pour promouvoir un tel évènement, le complexe NNS nécessite l’établissement d’interactions avec l’ARN naissant et le domaine CTD de l’ARNPII. La liaison à l’ARN s’effectue par le biais de Nab3 et Nrd1 lesquels possèdent chacun un RRM permettant de reconnaître des séquences d’ARNs spécifiques (UCUUG et GUAA/G pour Nab3 et Nrd1 respectivement) (Carroll et al., 2007, Carroll et al., 2004, Creamer et al., 2011, Wlotzka et al., 2011). Ces motifs sont fréquemment regroupés et coopèrent avec des séquences avoisinantes afin d’accroître l’efficacité de la terminaison de la transcription (Bacikova et al., 2014, Porrua et al., 2012). L’efficacité est également grandement influencée par la formation d’un complexe stable entre Nab3 et Nrd1 lequel permet d’augmenter significativement l’affinité aux motifs d’ARN (Carroll et al., 2007, Conrad et al., 2000, Hobor et al., 2011). L’interaction avec l’ARNPII s’effectue, quant à elle, par l’entremise de Nrd1 via son domaine CID (Steinmetz et Brow, 1996, Yuryev et al., 1996) et requiert un domaine CTD phosphorylé en S5 _{(Kubicek et al.,}

2012, Vasiljeva et al., 2008). Cette modification post-traductionnelle du CTD étant présente tôt durant le cycle transcriptionnelle (Komarnitsky et al., 2000), l’interaction

CIDNrd1p/CTDARNPII est considérée comme un déterminant important de l’utilisation

préférentielle de cette voie de terminaison de la transcription envers les gènes de petite taille (Gudipati et al., 2008, Heo et al., 2013, Jenks et al., 2008, Steinmetz et al., 2006). L’actuelle fonction de terminaison de la transcription du complexe NNS est toutefois associée à l’activité hélicase 5’3’ ADN/ARN-dépendante de Sen1 (Martin-Tumasz et Brow, 2015). Pour en arriver à un tel résultat, Sen1 est initialement recruté au niveau de l’ARNPII (Ursic et al., 2004) par un mécanisme requérant la participation du facteur de clivage et de polyadénylation Pcf11 et un domaine CTD phosphorylé en S2 _{(Ballarino et al., 2005,}

Chinchilla et al., 2012, Grzechnik et al., 2015, Lenstra et al., 2013, Steinmetz et al., 2001, Tomson et al., 2013). Pcf11 participe également à la déstabilisation de la liaison entre Nrd1 et l’ARNPII (Grzechnik et al., 2015). Ce faisant, Pcf11 favorise l’interaction entre Sen1 et Nab3 (Nedea et al., 2008) et conséquemment l’association de Sen1 avec l’ARN naissant. Sen1 peut dès lors se déplacer le long du transcrit naissant afin de déstabiliser l’ARNPII en cours d’élongation via son activité hélicase (Martin-Tumasz et Brow, 2015, Porrua et Libri, 2013). La terminaison de la transcription par le complexe NNS est directement influencée par les cinétiques de déplacement de Sen1 et de l’ARNPII et est influencée par la présence en région 3’ des gènes sujets à une terminaison de la transcription NNS-dépendante d’hybrides ARN:ADN (structure R-loop) (Grzechnik et al., 2015, Hazelbaker et al., 2013, Lenstra et al., 2013). Ces structures ont notamment été associées à la présence de pause transcriptionnelle (Skourti-Stathaki et al., 2011). Somme toute, même si ce mode de terminaison de la transcription ne requiert pas de clivage endonucléolytique du pré-ARN, il partage néanmoins des similarités frappantes avec la terminaison de type torpedo. Ainsi, la terminaison NNS-dépendante nécessite: 1) la reconnaissance de modifications post- traductionnelles spécifiques du domaine CTD de l’ARNPII, 2) la liaison à des motifs d’ARN définis et 3) l’éviction de l’ARNPII de la matrice l’ADN selon un mécanisme d’action 5’3’ (Figure 7).

Cela dit, malgré les nombreuses études soulignant l’importance du complexe NNS dans la terminaison d’ARNncs chez S. cerevisiae, la conservation d’un tel mécanisme chez les eucaryotes est largement méconnue. Or, S. pombe possède des orthologues putatifs pour chacune des composantes du complexe NNS et Seb1, l’orthologue présumé de Nrd1 chez S.

pombe, participe à l’établissement d’hétérochromatine via sa liaison à des transcrits non- codants d’origine péricentromériques (Marina et al., 2013) rappelant la fonction répressive de Nrd1 aux loci d’ADN ribosomale et télomérique (Vasiljeva et al., 2008). De plus, l’organisation génomique des gènes de snoRNAs est hautement similaire entre S. pombe et S. cerevisiae alors que la majorité des snoRNAs sont transcrits à partir d’unités monocistroniques (Dieci et al., 2009). Bien que circonstancielles, ces données laissent présager une possible conservation du mécanisme de terminaison de la transcription NNS chez S. pombe.

Chez S. cerevisiae, ce mécanisme de terminaison de la transcription agit principalement au niveau des gènes non-codants de petite taille. Ceux-ci sont notamment associés à une présence prépondérante d’ARNPII dotées d’un domaine CTD phosphorylé en S5_{. Cette}

modification du domaine CTD est reconnue par le domaine CID de Nrd1 (1). Nrd1, en complexe avec Nab3, interagit subséquemment avec l’ARN naissant via la reconnaissance de motifs d’ARN spécifiques (2). L’actuelle activité permettant l’éviction de l’ARNPII de la matrice d’ADN est toutefois associée à Sen1, une hélicase ARN-dépendante 5’3’. Pcf11 participe à la liaison de Sen1 au domaine CTD en favorisant la phosphorylation de la S2 _suite

à sa liaison au domaine CTD par son domaine CID (3-4). Pcf11 agit également de manière à transférer le complexe de terminaison de la transcription NNS sur l’ARN naissant en défavorisant l’interaction entre Nrd1 et le domaine CTD (5). À cette étape, Sen1 est transféré du domaine CTD à l’ARN naissant via sa capacité à interagir avec Nab3. Une fois sur l’ARN, Sen1 se déplace le long de celui-ci jusqu’à atteindre et déloger l’ARNPII (6-7). Dans ce mode de terminaison, l’éviction de l’ARNPII à lieu aléatoirement dans une «fenêtre de terminaison» laquelle est influencée par les cinétiques de déplacement de Sen1 et de l’ARNPII. Sen1 en sort gagnant dans la mesure où l’ARNPII est sujet à de la pause transcriptionnelle telle que révélée par la présence d’hybrides ARN:ADN (R-loops) en amont du complexe d’élongation. Le schéma n’est pas à l’échelle.