NANOS:

Les protéines de la famille de Nanos ont été identifiées dans un certain nombre d’organismes par la présence d’un domaine en doigt de zinc de liaison à l’ARN (CCHC)2 dans leur extrémité carboxy-terminale. Le membre de cette famille le mieux décrit est la protéine Nanos de Drosophila melanogaster.

A.6.1 NANOS CHEZ LA DROSOPHILE:

A.6.1.1 Détermination de l’axe antéro-postérieur:

Le rôle du gène nanos a été mis en évidence au cours du processus de formation de l’abdomen chez la drosophile (Drosophila) (Wang et Lehmann, 1991). Chez la drosophile, l’établissement de la polarité antéro-postérieure a lieu avant la fécondation. Deux déterminants, les gènes nanos et bicoïd jouent un rôle important (St Johnston et Nusslein-Volhard, 1992). Au cours de l’ovogenèse, les ARNm nanos et bicoïd issus des cellules nourricières maternelles vont s’accumuler, respectivement, au pôle postérieur et au pôle antérieur de l’ovocyte. La protéine Nanos, traduite uniquement au pôle postérieur, va diffuser et former un gradient postéro-antérieur qui s’oppose au gradient de la protéine Bcd (Gavis et Lehmann, 1992; Wang et coll., 1994). La protéine Nanos agit directement sur la formation de l’abdomen en réprimant la traduction des ARNm de hunchback (hb) (Hulskamp et coll., 1990;

Wharton et Struhl, 1991; Struhl et coll., 1992; Tautz et Schmid, 1998). La protéine Bicoïd, quant à elle, autorise l’expression de la protéine hunchback et permet le développement de la tête et du thorax (Driever et Nusslein-Volhard, 1989; Tautz, 1998). A son tour, la protéine Hb régule l’expression de gènes de types gap dans l’embryon qui définissent ultérieurement les différents segments de la larve et de l’adulte le long de l’axe antério-postérieur (Hulskamp et Tautz, 1991). Au cours de ce processus, la protéine Nanos agit en collaboration avec la protéine Pumilio afin de réprimer la traduction des ARNm maternels de hunchback (hb) (Tautz, 1988; Tautz et Pfeifle, 1989; Hulskamp et coll., 1989; Irish et coll., 1989; Struhl, 1989). Cette répression traductionnelle est assurée par la présence de sites spécifiques NREs (nanos responsive elements) dans la partie 3’UTR des ARNm de hunchback (hb) (Wharton et Struhl, 1991; Wharton et coll., 1998). Pumilio se lie directement aux sites NREs de manière spécifique et l’interaction Nanos-Pumilio est essentielle à l’activité de répression traductionnelle de hb (Murata et Wharton, 1995; Wharton et coll., 1998; Sonoda et Wharton, 1999).

A.6.1.2 Développement des lignées germinales:

Dans de nombreux organismes, les cellules progénitrices des lignées germinales (primordial germ cells, PGCs) sont formées dans une région embryonnaire distincte des gonades. Chez la drosophile, les lignées germinales ont pour origine des PGCs situées au pôle postérieur de l’embryon et vont migrer au cours de la morphogenèse vers les gonades où a lieu leur différenciation en cellules germinales (Kobayashi et coll., 2005). La protéine Nanos est présente dans les PGCs (ou cellules polaires) et restent détectable lors de leur migration (Wang et coll., 1994). Les PGCs qui n’expriment pas la protéine Nanos migrent mais sont incapables de se développer en cellules germinales fonctionnelles (Kobayashi et coll., 1996;

Forbes et Lehmann, 1998). Notamment, l’étude de PGCs homozygotes pour une mutation de Nanos montre l’incapacité de ces cellules à être incorporées dans les gonades d’un embryon normal (Kobayashi et coll., 1996). De plus, ces cellules mutantes sont incapables de contribuer à la production de cellules œufs chez l’adulte femelle (Kobayashi et coll., 1996; Forbes et Lehmann, 1998). Pumilio semble également être requis pour la migration des PGCs (Asaoka-Taguchi et coll., 1999). Il a été suggéré que Nanos agit avec Pumilio pour réguler des évènements spécifiques dans les PGCs en réprimant la traduction de transcrits spécifiques.

Les ARNm de la cycline B constituent une des cibles de Nanos et Pumilio dans les PGCs (Asaoka-Taguchi et coll., 1999) par la présence de sites de type NREs dans leur partie 3’UTR (Dalby et Glover, 1993). Des études ont mis en évidence que les PGCs migrantes n’entrent plus en mitose et restent à l’état de quiescence en phase G2 du cycle cellulaire alors que les cellules somatiques continuent de proliférer. Dans le même temps, la traduction des transcrits cycline B est réprimée au cours de ce processus. (Dalby et Glover, 1993). Par ailleurs, de nouvelles études de mutants pour nanos et pumilio ont montré que des PGCs n’exprimant plus ces deux protéines expriment la cycline B et sont capables d’entrer en mitose (Asaoka-Taguchi et coll., 1999). Ce mécanisme permettrait d’éviter la dilution des facteurs maternels incorporés dans les PGCs et de favoriser la migration cellulaire et la régulation de gènes.

D’autres études ont montré que Nanos et Pumilio sont capables de réprimer l’apoptose des PGCs migrantes. En effet, en absence de Nanos et Pumilio, ces cellules sont éliminées par apoptose (Hayashi et coll., 2004). Enfin, il a été montré que les ARNm hid (head involution defective) codant pour une protéine requise pour l’induction de l’apoptose, constituent une cible supplémentaire de Nanos et Pumilio (Grether et coll., 1995).

A l’intérieur des PGCs, le gène nanos est impliqué dans le maintien d’un état de quiescence transcriptionnelle (Deshpande et coll., 1999). Notamment, l’activité de la protéine Nanos induit des modifications des histones et la condensation de l’ADN maintenant l’inactivité transcriptionnelle de la chromatine (Schaner et coll., 2003). Des travaux récents ont suggéré que Nanos maintient aussi cet état de quiescence dans les PGCs en réprimant la production de l’importine-α2, requise pour le transport nucléaire de molécules telles que les facteurs de transcription (Kobayashi et coll., 2005), et en modifiant la phosphorylation de l’ARN polymérase II (Deshpande et coll., 2005). Ce mécanisme permettrait de réprimer la différenciation somatique des PGCs et de mettre en place l’identité sexuelle des cellules germinales (Hayashi et coll., 2004; Deshpande et coll., 2005). La prévention de la différenciation par Nanos pourrait également permettre l’auto-renouvellement des cellules souches germinales chez la drosophile adulte (Bhat, 1999; Wang et Lin, 2004).

A.6.1.3 Autres fonctions attribuées à Nanos chez la drosophile:

Récemment, le rôle émergent de Nanos dans d’autres processus a été mis en évidence.

Une étude a montré que Nanos et Pumilio étaient également essentiels à la morphogenèse des dendrites dans les neurones périphériques de la drosophile (Ye et coll., 2004). D’autres études ont mis en évidence leur implication dans le développement de l’œil (Wharton et coll., 1998) et du nerf optique (Schmucker et coll., 1997), l’excitabilité neuronale (Schweers et coll., 2002) et la mémoire à long terme (Dubnau et coll., 2003). Cependant, les mécanismes mis en jeu ne sont pas encore connus.

A.6.2 HOMOLOGUES DE NANOS:

Plusieurs homologues de Nanos ont été clonés dans des organismes invertébrés comme HRO-NOS chez la sangsue Helobdella robusta (Pilon et Weisblat, 1997), 1, 2 et nos-3 chez le nématode Caenorhabditis Elegans (Subramaniam et Seydoux, 1999), Cnnos-1 et Cnnos-2 chez Hydra magnipapillata (Mochizuki et coll., 2000), nos chez le cricket (Gryllus domesticus) et la sauterelle (Schistocerca americana) (Lall et coll., 2003) et chez les vertébrés comme Xcat-2 (Xenopus cytoskeletal associated transcripts-2) chez le xénope Xenopus laevis (Mosquera et coll., 1993), nos1 et nos2 chez le zebrafish Danio rerio (Koprunner et coll., 2001). Chez la souris, trois gènes homologues de nanos ont été identifiés: nanos1 (Haraguchi et coll., 2003), nanos 2 et nanos 3 (Tsuda et coll., 2003). Le gène nanos1 est observé dans les

tubules séminifères de testicules matures, dans les oocytes avant fécondation et plus tard dans le système nerveux central où son expression est maintenue chez l’adulte. Le gène nanos2 est exprimé de façon prédominante dans les cellules germinales mâles alors que le gène nanos3 est exprimé dans les PGCs migrantes.

Chez l’homme, la protéine Nanos1 a été identifiée comme interagissant avec la protéine Pumilio-2 via des domaines hautement conservés afin de former un complexe stable (Jaruzelska et coll., 2003). Cette étude montre que Nanos1 et Pumilio-2 sont particulièrement abondantes dans les cellules souches germinales humaines et suggère que la conservation de l’interaction Nanos1/Pumilio-2 joue également un rôle dans le développement des cellules germinales et de leur maintien chez l’homme.

La similarité entre les protéines Nanos des animaux de phila différents, invertébrés ou vertébrés, concerne uniquement les motifs en doigt de zinc CCHC présents dans la partie carboxy-terminale, suggérant une fonction conservée pour ces motifs. Ces organismes ont notamment en commun un mécanisme ancestral mettant en jeu l’interaction Nanos-Pumilio qui est essentielle au développement des cellules germinales et leur protection face à la mort cellulaire. La faible conservation de la partie amino-terminale de la protéine pourrait, quant à elle, être responsable de fonctions spécifiques de Nanos acquises lors de l’évolution.

A.6.3 HNANOS1 ET CANCER:

Comme il a été décrit précédemment, l’expression de la cadhérine-E est fréquemment réprimée dans de nombreux types de tumeurs ce qui se traduit par une perte de l’adhérence intercellulaire mais également par l’activation de voies de signalisation intracellulaire menant à l’expression de gènes associés à la progression tumorale. Dans le but d’identifier les gènes effecteurs agissant en aval de la cadhérine-E, Strumane et coll. (Strumane et coll., 2006) ont utilisé l’hybridation soustractive pour mettre en évidence les transcrits exprimés de manière préférentielle après ré-expression de la cadhérine-E dans les cellules cancéreuses mammaires MDA-231. Ils ont pu mettre en évidence que le gène hNanos1 est réprimé par la cadhérine-E.

De plus, l’analyse d’une série de lignées cellulaires tumorales montre l’existence d’une corrélation inverse entre les expressions de la cadhérine-E et de hNanos1. D’autres expérimentations montrent également que la modulation de l’expression de la cadhérine-E induit une régulation inverse de l’expression de hNanos1. L’expression induite de hNanos1 peut à son tour perturber l’aggrégation cellulaire cadhérine-E-dépendante et promouvoir

l’invasion en gel de collagène. Ces données permettent de mettre en évidence le rôle potentiel de hNanos1 dans le développement tumoral. Cependant, les fonctions précises de hNanos1 dans ce contexte restent à déterminer.