Mécanisme de régulation de la cible

1.10.1. Inhibition de l'initiation

Cinétique de régulation par les microARNs.

1 : L'ARNm en cours de traduction adopte une forme circulaire par l'entremise d'eIF4E et de PABP

2: Le miRISC reconnaît un site de reconnaissance par complémentarité de base entre le microARN et l'ARNm. Les protéines formant le miRISC recrutent des facteurs secondaires permettant de : 1. bloquer l'initiation de la traduction et /ou 2. stimuler la déadénylation de l'ARNm

3 : Les ARNm déadénylés pourront être dégradés suite à la dégradation de la coiffe Figure modifiée de : (Fabian and Sonenberg, 2012)

L'un des mécanismes utilisés par les microARNs pour bloquer la traduction est l'inhibition de l'initiation (Pillai et al., 2005; Wang et al., 2008a). Le recrutement des protéines AIN-1 et AIN-2 aux cibles de let-7 inhibe l'initiation de la traduction chez C. elegans, par un mécanisme encore inconnu

(Ding and Grosshans, 2009). Dans des cellules HeLa, un ARNm ciblé par let-7 co-sédimente dans

les fractions associées aux ribonucléotiques libres. Ces expériences ont également démontré que la coiffe des ARNm est nécessaire à l'inhibition par les microARNs. L'utilisation d'ARNm de certains virus qui ne nécessite pas d'étape d'initiation rend les ARNm insensibles à la présence de sites de reconnaissance de microARNs (Pillai et al., 2005). Différentes études ont ensuite reproduit ces résultats et suggèrent que la machinerie des microARNs interfère avec la formation du complexe d'initiation eIF4E, en partie puisque la surexpression d'eIF4E permet de bloquer l'inhibition de l'initiation (Nissan and Parker, 2008). Une étude récente a étudié l'impact de la régulation, par les microARNs, sur différents rapporteurs possédant des extrémités 5' provenant de différents virus. Selon la coiffe virale utilisée, les facteurs d'initiation de la traduction seront requis de façons variées. Par exemple, le motif du CrPV (Cricket paralysis virus) recrute directement la sous-unité 40S, alors que celui du EMCV (Encephalomyocarditis virus) nécessite tous les facteurs d'initiation, sauf eIF4E. L'étude de la régulation de ces différents rapporteurs a confirmé que la présence de la coiffe en 5' est nécessaire à la régulation par les microARNs, puisque seul le rapporteur avec la coiffe de EMCV est sensible aux microARNs. Des analyses plus détaillées ont révélé que le facteur d'initiation eIF4A2 est nécessaire, pour bloquer la traduction et que eIF4A2 interagit avec le complexe CCR4-NOT1 (Meijer et al., 2013). La perte de eIF4A2 empêche les microARNs de bloquer l'inhibition de l'initiation et de causer la dégradation de leurs cibles. Il est intéressant de noter que les ARNm possédant des sites de reconnaissance pour les microARNs en 3'UTR ont généralement des régions 5' UTR hautement structurées et que ces structures sont également importantes pour la répression par les microARNs (Gu et al., 2014; Meijer et al., 2013). Les ARNm qui ne présentent pas de structure secondaire en 5' sont insensibles à la régulation par les microARNs (Meijer et al., 2013).

1.10.2 Inhibition après l'initiation de la traduction

Les premières études sur les microARNs chez le nématode C. elegans suggéraient que le microARN

lin-4 affectait ses cibles lin-14 et lin-28 sans affecter leurs niveaux d'ARNm (Olsen and Ambros,

1999; Seggerson et al., 2002). Dans plusieurs systèmes, les ARNm ciblés par les microARNs se retrouvent dans les même fractions que les polysomes, lorsque sédimentés sur gradient de sucrose

(Maroney et al., 2006). Ces microARNs induiraient donc l'inhibition de la traduction après l'initiation. Dans ces modèles, ces ARNm font l'objet d'une traduction active, mais sans production de peptide final (Maroney et al., 2006). Deux hypothèses ont été avancées pour expliquer ce phénomène. Dans un premier temps, les microARNs pourraient causer la dégradation rapide du peptide naissant. Par exemple, dans les cellules HeLa, le microARN let-7a régule l'expression de c-Myc, sans affecter le niveau de son ARNm. Un peptide naissant produit par l'ARNm de c-Myc est détectable, mais pas le peptide pleine longueur (Nottrott et al., 2006). Dans un deuxième cas, il a été proposé que les microARNs pourraient causer une dissociation précoce des polysomes, causant l'arrêt de la traduction (Petersen et al., 2006).

1.10.3 Dégradation de la cible

Chez C. elegans, les premières analyses des cibles de microARNs ont également révélé que pendant le développement, les microARNs let-7 et lin-4 entraînent la dégradation de leurs cibles dans leurs stades larvaires respectifs (Bagga et al., 2005). Pour le microARN lin-4, cette constatation est à l'opposé des études publiées quelques années auparavant. Les auteurs de l'étude publiée en 2005 mentionnent que la quantification des ARNm dans les études antérieures aurait pu être faussés par la présence de produits de dégradation (Bagga et al., 2005).

Dans le cas des embryons de poisson-zèbre, l'expression de miR-430 induit la déadénylation, suivie de la dégradation de ces cibles (Giraldez, 2006). Chez D. melanogaster, 60 % des cibles de microARNs sont également augmentées en absence des facteurs de déadénylation, ce qui suggère que la déadénylation et la dégradation des cibles de microARNs sont des étapes importantes pour la répression traductionnelle (Eulalio et al., 2008b). L'inhibition de la traduction et la dégradation des ARNm ciblés ne sont pas nécessairement liées, puisque les microARNs peuvent également dégrader leurs cibles en absence de traduction active (Eulalio et al., 2008b). Dans plusieurs organismes, l'enzyme XRN-1 est responsable de la dégradation des ARNm et la perte des structures protégeant les ARNm, telles que la coiffe et la queue poly-A, rend ceux-ci vulnérables à l'activité d'XRN-1 (Behm-Ansmant et al., 2006; Chen et al., 2009; Rehwinkel et al., 2005). La dégradation des ARNm ciblés par les microARNs est dépendante de la protéine XRN-1 et de l'exosome (Orban and Izaurralde, 2005).

La majorité des données démontrant une dégradation de la cible proviennent d'études réalisées avec des cibles de microARNs spécifiques ainsi des études du transcriptome. Ces études démontrent une diminution de l'abondance générale des ARNm ciblés en corrélation avec l'expression des microARNs (Beilharz et al., 2009; Guo et al., 2010). Les analyses à grande échelle comparant le niveau protéique et d'ARNm ciblé par les microARNs ont démontré que les changements dans l'abondance des protéines corrèlent généralement avec un changement dans la stabilité de l'ARNm (Baek et al., 2008). Dans des cellules en culture, la déplétion de facteurs importants de la voie tels que Dicer, Argonaute ou GW182 provoque l'augmentation des nivaux des cibles de microARNs (Huntzinger and Izaurralde, 2011; Schmitter et al., 2006).

La déadénylation n'est pas uniquement un signal de dégradation. Dans l'embryon de C.elegans, les ARNm déadénylés ne sont pas dégradé, mais sont plutôt conservés. La raison de cette conservation est pour le moment inconnue (Wu et al., 2010a).

1.10.4 Mode de régulation contexte spécifique

Le contexte cellulaire peut également moduler la formation du miRISC et l'activité des microARNs. La culture de cellules S2 de D. melanogaster en absence de sérum provoque la formation d'un miRISC qui ne contient pas GW182, mais plutôt la protéine Loqs-PB (Loquacious). Ce miRISC ne provoque pas de dégradation des cibles de microARNs, mais entraîne une forte inhibition de la traduction (Wu et al., 2013). De façon intéressante, Ago1 est capable de bloquer la traduction, même en absence de GW182, chez D. melanogaster. Les protéines impliqués dans cette inhibition n'ont pour le moment pas été caractérisées (Fukaya and Tomari, 2012).

Au cours de la différenciation musculaire, certains microARNs jouent un rôle sur la régulation de l'expression génique à l'intérieur des mitochondries. La différenciation des myoblastes en myotubes entraine l'import d'Ago2 et du microARN miR-1 à l'intérieur de la mitochondrie. Une fois à l'intérieur, miR-1 cible des gènes importants pour la production d'énergie : NOD-1 et COX-1. Elle stimule la production protéique sans affecter le niveau d'ARNm. Il est intéressant de noter que GW182 est absent de ce complexe Ago2/miR-1. Le mécanisme par lequel miR-1 augmente la traduction n'est pas connu (Zhang et al., 2014).

Ce mécanisme d'activation de la production protéique par un microARN a également été démontré dans certains contextes cellulaires. Plus précisément, en absence de sérum dans les cellules HEK- 293T et HeLa, miR-369-3 forme un complexe avec Ago2 et FXR1 pour stimuler la traduction d'un rapporteur possédant un site de reconnaissance pour ce microARN. Ce phénomène est également observé avec un ARNm endogène tel que la cible de let-7 : HMGA2. Dans ce cas, l'arrêt de la croissance cellulaire provoque la formation d'un complexe Ago2/FXR1/microARN, capable d'activer la production protéique. (Vasudevan et al., 2007). La protéine FXR1 est également impliquée dans l'activation de la traduction par un microARN chez Xenopus laevis. Dans les oocytes de Xenopus

laevis, miR-16 cible l'ARNm de myt1 avec un complexe formé d'une protéine Argonaute et de FXR1,

ce qui active son expression. Cette activation de MYT1 est nécessaire pour maintenir l'état immature des oocytes (Mortensen et al., 2011).

Il est intéressant de noter que tous ces exemples ont un point commun : l'absence de GW182 et la formation d'un RISC spécifique. GW182 pourrait donc être impliquée principalement dans la dégradation de l'ARNm et en absence de GW182, les microARNs peuvent avoir des effets différents.