Métabolisme de l’ARN

De nombreux gènes liés à la SLA sont importants pour le métabolisme de l’ARN. FUS et TDP-43 sont des RBP (RNA-Binding Protein) impliquées dans la fabrication des microARN, l’épissage, la transcription, la traduction ou encore le transport de l’ARN (Lagier-Tourenne et al 2010, Lattante et al 2013).

Pour cela, FUS se lie à des ADN simples brins (Tan et al 2012) et aux ARNm tandis que TDP-43 se lie uniquement aux ARNm (Polymenidou et al 2011). En effet, il a été montré que FUS se lie à de très nombreux gènes dans le cerveau humain. FUS et TDP-43 se lient préférentiellement à des longs introns et à des séquences enrichies en GGUG (Lagier-Tourenne et al 2012). FUS est également capable de se lier aux petits ARN nucléaires (snARN) et aux ARNm dans leur région 3’UTR. Des interactions similaires entre protéines mutées dans la SLA ont été identifiées. Par exemple, TDP-43 est capable de se lier à l’ARNm de la progranuline et de FUS (Polymenidou et al 2011).

Ces liaisons aux ADN et ARN permettent à ces RBP de réguler la transcription (Tan et al 2012) et

l’expression génique. La liaison de FUS aux longs introns module l’expression de gènes

impliqués dans des maladies neurodégénératives. Par exemple, la déplétion de FUS induit une diminution de l’expression des longs ARN tels que le gène de microtubule-associated protein tau (MAPT) dont la mutation est associée aux démences frontotemporales (DFT). FUS agit aussi sur le gène heavy chains of neurofilament (NEFH) qui est associé à la maladie de Charcot Marie Tooth ou encore sur le gène SOD1 associé à la SLA (Lagier-Tourenne et al 2012). Par ailleurs, une diminution de TDP-43 augmente l’ARNm de progranuline et diminue l’ARNm de FUS (Polymenidou et al 2011).

En plus d’une altération de la stabilité de l’ARNm, de nombreux défauts d’épissages ont été caractérisés suite à une perte de FUS ou TDP-43. Ainsi, la suppression de FUS entraine un changement de plus d’une centaine d’événements d’épissage alternatif de gènes dans le cerveau (Lagier tourenne et al 2012). FUS régule aussi son propre épissage mais également celui d’autre ARN, notamment celui de l’exon 10 de MAPT. C’est pour cette raison que FUS joue donc un rôle important dans les mécanismes pathologiques liés à la DFT, l’augmentation de l’inclusion de l’exon 10 qui découle de la suppression de FUS favorisant l’apparition de cette

pathologie (Hutton et al 1998). Par ailleurs, HnRNP, une autre RBP impliquée dans la SLA, a un rôle crucial dans l’épissage. Elle contrôle plus de 1000 événements d’épissage. Pour cela, hnRNP a la capacité de se lier à de courtes séquences d’ARN (4-5 nucléotides) dans leur région 3’ UTR (Huelga et al 2012).

Mais FUS et TDP-43 interviennent aussi après l’épissage, notamment au niveau du transport des

ARNm entre le noyau et le cytoplasme. De plus, ces protéines sont présentes dans les granules

de stress permettant le transport de l’ARN (Ayala et al 2008, Bosco et al 2010a, Dormann et al 2010). Plus précisément, il semblerait que le domaine RRM permette le recrutement des granules de stress. Une délétion de ce domaine empêcherait d’ailleurs la formation de ces granules (Colombrita et al 2009). Un autre domaine est également impliqué dans l’auto- assemblage et la formation d’agrégats : il s’agit du domaine de faible complexité (SYDG LC domaine) localisé dans la partie N-terminale de FUS. Plusieurs études ont montré qu’une mutation à l’intérieur de ce domaine contribue à la neurodégénérescence notamment en altérant la capacité de séparation de phase et la capacité agrégative de FUS (Matsumoto et al 2018, Monahan et al 2017).

De façon très intéressante, ces RBP interagissent ensemble pour perturber le métabolisme de l’ARN dans la SLA. En 2011, une collaboration entre ces deux acteurs a été identifiée dans le cadre de la SLA (Kabashi et al 2011). En effet, FUS et TDP-43 agiraient de façon parallèle sur leurs cibles (Lagier-Tourenne et al 2012). Par exemple, l’étude de Kim et collaborateurs en 2010 avait montré que FUS et TDP-43 forment un complexe régulant l’ARNm de HDAC6. TDP-43 serait également capable d’agir directement sur FUS en se liant à son 3’ UTR et ainsi moduler son taux d’ARNm (Polymenidou et al 2011). Cette synergie entre RBP a été également observée par l’étude de Deshaies et collaborateurs en 2018 (Deshaies et al 2018). Ainsi, une déplétion nucléaire de TDP-43 augmente le nombre de transcrits HNRNPA1 avec l’exon 7B est inclus. Le taux protéique de cette isoforme, contenant un domaine prions like, est alors augmenté produisant ainsi une agrégation protéique et une toxicité cellulaire. Les RBP ont donc la capacité de se lier aux ARNm afin de réguler leur stabilité, leur épissage ou leur transport et cet effet est décuplé par une synergie entre RBP.

Cependant FUS et TDP-43 sont capables de réguler un autre type d’ARN, les microARNs. La perte de TDP-43 ou de FUS entraine une diminution de la fabrication de micro ARN qui altère les mécanismes sous-jacents à ce type d’ARN. Par exemple, il a été montré que l’altération des microARN dans la SLA détériore la jonction neuromusculaire (Valdez et al 2014). L’implication de FUS durant la fabrication de micro ARN sera décrite de façon plus précise dans le chapitre suivant.

Les RBP jouent donc un rôle majeur dans l’altération du métabolisme lié à la SLA. Toutefois,

d’autres mutations de la SLA, qui ne sont pas des mutations de RBP, affectent ce métabolisme

à différents niveaux. Par exemple, les pré-ARNm contenant l’expansion de C9orf72 peuvent séquestrer des protéines de liaison à l’ARN empêchant ainsi l’épissage d’autres ARNm (Gascon & Gao 2014, Zhang et al 2015). L’étude de Freibaum et collaborateurs en 2015 a également identifié, grâce à des drosophiles portant une mutation C9ORF72, des défauts de transport de l’ARN associés à un défaut de l’enveloppe nucléaire et un défaut de l’export de l’ARN créant ainsi une rétention nucléaire de l’ARN et une altération de l’épissage.

Figure 9 : Altération du métabolisme de l’ARN dans la SLA

Plusieurs mutations associées à la SLA touchent des RBP qui interviennent au niveau de différentes étapes du métabolisme de l’ARN. Ces protéines se lient à des ADN et participent à leur transcription mais aussi à des ARNm et des microARNs régulant ainsi leur synthèse et leur épissage. Grâce à leur capacité de naviguer entre le noyau et le cytoplasme, les protéines vont pouvoir transporter les ARNm et participer à la traduction et la formation de granules de stress.