Les miARNs:

Les miARNs forment, avec les ARNs intérférants (siARNs) et les petits ARNs piwi-associés piwi-associés aux cellules germinales (piARNs), la famille des petits ARNs non codants (sncARNs). Malgré quelques exceptions chez certaines bactéries, les miARNs ne sont exprimés que chez les eucaryotes où ils jouent un rôle important dans la régulation de l’expression des gènes. Ils agissent principalement sur deux niveaux de régulation (1) au niveau traductionnel en inhibant l’efficacité de la machinerie traductionnelle et (2) au niveau post- transcriptionnel en déstabilisant l’ARNm cible et en induisant sa dégradation [369-371].

4-1- Mécanismes d'action:

Pour agir sur l'ARNm cible, le miARN se fixe sur la partie 3'UTR de l'ARNs, notamment au niveau des résidus 13 à 16 de la partie 3' et au niveau de la séquence noyaux du

miARN appelée miRNA Recognition Elements (MRE) [372, 373].

Le complexe RISC (RNA-induced silencing complex)est un complexe multiprotéique

ayant un rôle central dans l'extinction de l’expression de gènes cibles soit en dégradant l’ARNm, soit en réprimant sa traduction. Il est composé des protéines Argonaute (Ago) et des

GW182 (TNRC6A, B et C) [374]. Il existe chez les mammifères, quatre protéines Ago, les Ago1, 3 et 4 ont un rôle spécifique dans la voie des miARNs, alors que Ago2 peut aussi interagir avec les siARNs. Ce complexe protéique s’associe aux miARNs pour former le complexe ribonucléoprotéique miRISC qui s'apparie de façon imparfaite avec la région 3’ UTR non codante du messager cible. Cette interaction réduit l'expression de celui-ci soit par (1) une répression directe de l'initiation de la traduction, (2) par une dégradation

exonucléolytique 3’→5’ d'abord du polyA puis du corps du messager ou (3) une dégradation de la protéine en cours de synthèse suite au recrutement de protéases par le complexe miRISC, mais ce dernier mécanisme hypothétique n'a pas encore été prouvé (fig.27).

Figure 27: Mécanisme moléculaire de l'action des miARNs via le complexe miRISC . Modifié d'après

[375] .

Le mécanisme de dégradation de la protéine présenté dans le cadre vert n'est encore qu'au stade d'hypothèse.

4-1-1- Inhibition de la traduction:

Le complexe miRISC peut inhiber la traduction via deux mécanismes, soit en inhibant l'initiation de la traduction soit en bloquant l'élongation.

- Inhibition de l'initiation de la traduction (fig.30-A): Pour une initiation correcte de la traduction, l'extrémité 5' de l'ARNm doit être "coiffée" par le complexe d'initiation de la traduction eukaryotic Initiation Factor eIF. Or cette coiffe peut être le siège de l'inhibition effectuée par le miRISC. La protéine Ago2 pourrait jouer un rôle clé dans cette inhibition soit en se fixant à la coiffe empêchant ainsi l’initiation de la traduction [375, 376] (mais cette hypothèse est controversée [377]), soit en interagissant avec le complexe CBP80/20 de la coiffe [378]. L'initiation de la traduction nécessite aussi que la région 3' de l'ARNm présente une queue poly-A sur laquelle se lie la poly A binding protein (PABP) qui interagit avec eIF

et permet ainsi le rapprochement des deux extrémités de l'ARNm [379]. Le miRISC se fixe

sur la queue poly-A empêchant ainsi le recrutement des polysomes[380-384].

- Inhibition de l'élongation de la traduction: le complexe RISC bloque la progression des ribosomes sur le messager et favorise leur détachement induisant ainsi une terminaison prématurée avec production d'une protéine tronquée [375, 385]. Il a aussi été décrit que le complexe miRISC pouvait recruter des enzymes à activité protéolytique et ainsi dégrader le polypeptide en cours de synthèse [386-388].

4-1-2- Déstabilisation de l'ARNm cible:

Les miARN peuvent aussi déstabiliser l’ARNm cible et induire sa dégradation (fig.30-B) [374, 389, 390]. En effet, en cas de parfaite complémentarité entre l'ARNm cible et le miARN, un clivage entre les nucléotides 10 et 11 du miARN a lieu induisant la dégradation de l'ARNm [375, 391]. L'ARNm est d'abord déadénylé puis il subit une dégradation exonucléotidique 3' --> 5'. La structure du duplex miARN-ARNm conditionnerait l’avenir de l’ARNm: un duplex contenant une boucle sortante conduit à une inhibition de la traduction mais ne déstabilise pas l’ARNm cible, alors qu'un duplex contenant deux boucles opposées, conduit à une dégradation de l’ARNm cible [376]. Récemment, le profilage des ribosomes a permis de quantifier les transcrits en cours de traduction et a montré que la déstabilisation des ARNm représente le mécanisme majoritaire associé à la diminution d’expression d’une protéine par un miARN [392].

4-1-3- Autre mécanisme:

D'autres mécanismes peuvent aussi être impliqués dans la dégradation de l'ARNm par les miARNs. Le premier concerne les Processing-Bodies (P-Bodies), petites structures de stockage cytoplasmiques contenant des exoribonucléases, des enzymes de décoiffage et des protéines associées au complexe RISC [393-396]. Les P-Bodies pourraient constituer un lieu de stockage, réversible, des ARNm réprimés [397].

Il a aussi été suggéré que la protéine en cours de synthèse pouvait être dégradée suite au recrutement de protéases par le complexe miRISC (fig.30-C) [375].

D'autres études encore, suggèrent que les miARNs pourraient avoir non pas une activité inhibitrice, mais activatrice sur la traduction en fonction du cycle cellulaire. C'est le cas des miARNs-369-3 et Let-7 qui activent respectivement la traduction des ARNm de TNFα et de HMGA2 lors de l'arrêt du cycle cellulaire en G0/G1 [398, 399].

4-2- Rôles:

Les miRNAs sont impliqués dans la régulation de quasiment tous les processus biologiques [400-402]. Ils peuvent réprimer ou activer de voies de signalisation impliquées dans le programme transcriptionnel lors du développement ou de phénomènes de différenciation [403, 404]; réprimer les transcrits inadaptés lors des phases de transition ou encore cibler des transcrits aberrants ayant été activés suite à un stress et pouvant activer des voies de signalisation inappropriées [405].

Il existe une boucle de contrôle entre le miARNs et sa cible. Un miARN peut agir sur plusieurs cibles, et un ARNm peut lui même être ciblé par plusieurs miARNs; il existe donc un nombre infini d'interactions miARNs-cibles assurant le maintien de l'équilibre cellulaire spatio-temporel.

Au niveau testiculaire, plusieurs études ont été effectuées sur le testicule entier ou sur des cellules germinales purifiées ce qui a permis d'établir un profil d'expression de miARNs spécifique de chaque type cellulaire. Les miARNs sont plus particulièrement exprimés dans les cellules germinales par rapport aux cellules somatiques [406] et selon un profil d'expression dépendant du stade de développement des cellules germinales [407][408]

Figure 28: Expression de certains miARNs et leur principales cibles pendant la spermatogenèse et

dans chaque type cellulaire d'après [409]

Durant la spermatogenèse les miARNs régulent l'expression des gènes impliqués dans la différenciation spatio-temporelle des cellules germinales mâles [410-413].

- Dans les cellules germinales primordiales et les spermatogonies, les miARNs contrôlent l'expression des gènes de la pluripotence afin d'assurer le maintien de la niche de cellules souches testiculaires [414-420], la régulation du cycle cellulaire [407, 421, 422] ou la différenciation [423-426].

- Dans les spermatocytes et les spermatides rondes, ils vont contrôler essentiellement des gène à activité méiotique ou apoptotique [427-430] mais peuvent aussi interférer sur la spermiation

[431].

- Au niveau du spermatozoïde, les miARNs sont très faiblement exprimés de part la compaction de la chromatine et l'arrêt de l'activité transcriptionnelle. Néanmoins, le

miARN-34c est présent dans le spermatozoïde mature et dans le zygote où il intervient dans la première division cellulaire du zygote via la modulation de l'expression de Bcl-2 [432].

- Dans les cellules de Sertoli, les miARNs joueraient un rôle primordial dans la régulation du processus de différenciation sexuelle en interagissant notamment avec SOX9 [433], de l'expression de gènes de la spermatogenèse [434] et du processus de spermiation [435].

- Dans les cellules de Leydig immatures les miARNs régulent le nombre de cellules de

Leydig dans le testicule en développement [436, 437] et dans les cellules matures, ils exercent une action inhibitrice sur la stéroïdogenèse [438, 439].

4-3- Implication des miARNs dans l'infertilité masculine:

De part leur implication dans plusieurs processus de la spermatogenèse, de la stéroïdogenèse ou du processus de fertilisation, un dérèglement de l'expression des miARNs pourrait contribuer à un phénotype d'infertilité.

Peu d'études ont comparé les profils d'expression de miARNs entre hommes sains et infertiles. Deux études ont néanmoins montré des profils d'expression différents entre patients présentant une azoospermie non obstructive (NOA) et patients fertiles. Cent cinquante quatre miARNs sont sous-exprimés (dont les miARN-34, -146 et -122) et dix neuf surexprimés dans le cas de NOA par rapport aux contrôles (dont les miARNs-371, -372, -373 et le cluster 17-92). D'autres miARNs tels que miARN-34c, -122, -146b-5p, -181a, -374b, -509-5p et -513a-5p sont sous-exprimés chez les patients présentant une NOA mais surexprimés chez les patients présentant une asthénospermie par rapport aux hommes sains [440, 441].

Les étapes post méiotique de la spermatogenèse sont des étapes "inertes" sur le plan transcriptionnel, mais qui subissent de grandes modifications post-transcriptionnelles par les miARNs. Des études récentes ont montré que Dicer, Dgcr8 et certains miARNs tels que la famille des miARNs-34 sont fortement exprimés lors de la méiose et spécifiquement dans les cellules germinales post-méiotiques. Leur sous expression ou leur délétion entraine un phénotype d'oligo-, térato- et azoospermie [442, 443]. La sous-expression de ces miARNs chez des hommes azoospermes [440] a été expliqué par une étude chez la souris qui a montré que ces miARNs sont essentiels au bon déroulement de la méiose et à la maturation des spermatozoïdes [442].

CHAPITRE 4: LES PERTURBATEURS