1.1 Caractéristiques des miARN
1.1.6 Réseaux de régulation impliquant les miARN
Afin de bien saisir la complexité et l’importance des miARN dans la régulation de l’expression génique d’une cellule, il serait possible de les comparer aux facteurs de transcription. En fait, il existe plusieurs similarités quant à leurs mécanismes d’action qui sont illustrés à la Figure 11. La diminution de complémentarité entre un miARN et sa cible comparativement à un siRNA peut sembler être un désavantage, mais c’est loin de l’être. Ce mode de reconnaissance fait en sorte qu’un miARN peut réguler des centaines de cibles différentes à la manière des facteurs de transcription. De plus, bien que la nature des cibles soit différente, les miARN et les facteurs de transcription sont des régulateurs de type trans déterminant l’expression d’une multitude de gènes en liant des éléments de régulation en cis (Hobert, 2004). Il existe aussi un phénomène de coopération entre les différents facteurs de transcription, où l’intensité de la transcription résulte de la combinaison des facteurs liés au niveau du promoteur (Hobert, 2008). Ce mode de régulation impliquant la combinaison de l’action de différents miARN pouvant résulter en un effet de coopération existe aussi et est illustré à la Figure 12 (Flynt and Lai, 2008). Un ARNm peut donc posséder plusieurs sites pour le même miARN ou encore des sites uniques pour différents miARN. Ces deux situations ont la même conséquence, soit l’accumulation de plusieurs complexes RISC au niveau du 3’UTR d’un ARNm, ce qui amplifie l’effet d’inhibition. De plus, la proximité de 2 sites pour le même miARN ou des miARN différents peut résulter en un phénomène de coopération, où l’inhibition augmente de façon synergique (Saetrom et al., 2007).
Figure 11. Comparaison des caractéristiques des miARN aux facteurs de transcription. Tirée de (Hobert, 2008).
Figure 12. Impact du nombre de sites de miARN présents sur un ARNm par rapport au degré d’inhibition de la traduction. Tirée de (Flynt and Lai, 2008).
Une troisième ressemblance flagrante illustrée à la Figure 11 est la régulation de l’accessibilité des régulateurs à leurs cibles. Dans le cas des facteurs de transcription, il existe différents mécanismes bien caractérisés de remodelage de la chromatine qui peuvent permettre ou empêcher la liaison à la cible (Hirose, 1998). Dans le cas des miARN, il est évident que la structure du 3’UTR de la cible à un impact direct sur leur potentiel d’inhibition. La régulation de l’accessibilité des sites afin d’influencer l’action des miARN n’est pas un phénomène bien caractérisé. Toutefois, certains travaux suggèrent fortement l’existence d’un tel mécanisme pouvant moduler l’activité des miARN. Par exemple, Kedde et al. (2007) ont pu observer, dans une lignée cellulaire tumorale, que la protéine Dead End 1 avait la capacité de lier le 3’UTR de LATS2 et d’empêcher l’inhibition de miR-372 de façon allostérique.
Il est aussi bien établi que l’activité des facteurs de transcription est régulée par des modifications post-traductionnelles, telles que la phosphorylation, l’acétylation et l’ubiquitination (Hobert, 2008). Étonnement, malgré le fait que les miARN soient formés d’ARN, il existe des modifications qui influencent leurs actions. Kawahara et al. (2007) ont démontré que le phénomène de l’édition de l’ARN pouvait modifier la séquence des miARN en substituant certaines adénosines en inosines. Par exemple, cette modification au niveau d’un nucléotide dans le noyau de miR-376 a le potentiel de rediriger le miARN vers d’autres cibles. Finalement, les résultats de Vasudevan et al. discutés précédemment permettent de faire une autre analogie avec les facteurs de transcription (Vasudevan et al., 2007; Vasudevan et al., 2008). Le fait que les miARN puissent augmenter la traduction lors d’un arrêt du cycle cellulaire permet aussi de les considérer comme des activateurs de l’expression génique. Comme les facteurs de transcription ils peuvent donc réguler de façon négative ou positive l’expression de leurs cibles.
1.1.6.2 Les miARN et les facteurs de transcription sont impliqués dans des
boucles de régulation complexe
La régulation de l’expression des gènes d’une cellule est un processus extrêmement complexe et les facteurs de transcription ainsi que les miARN font partis de réseaux de régulation très organisés. Différents motifs de régulation existent donc dans la cellule permettant l’amplification d’une réponse ou encore la surveillance du degré d’expression de différents gènes. Par leurs fonctions en tant qu’inhibiteur, les miARN sont principalement impliqués dans des boucles de rétroactivation négatives. Comme Illustré à
Figure 13. Types de boucles de rétroactivation négative existant entre les facteurs de transcription et les miARN. Tirée de (Martinez et al., 2008).
Figure 13, il existe deux types de boucles de rétro-activation négative dépendamment de l’effet du facteur de transcription sur le miARN. Lorsque le miARN est activé par un facteur de transcription qui est sa cible, il s’agit d’une boucle de rétro-activation négative simple puisqu’il n’y a qu’une inhibition. Lorsque le miARN inhibe l’expression d’un facteur de transcription qui le réprime aussi, il s’agit d’une boucle de rétro-activation négative double. Plusieurs boucles ont été identifiées, comme celle entre miR-9 et le récepteur nucléaire LTX; entre miR-27a et RunX1 au niveau de la megakaryopoïèse; entre miR-20 et la cycline D1 (Ben-Ami et al., 2009; Yu et al., 2008; Zhao et al., 2009). Les
études de Tsang et al. (2007) suggèrent aussi que ces réseaux de régulation sont communs chez les mammifères. Sur 45 miARN étudiés chez l’humain, 69% des miARN font partis d’une boucle de rétroactivation négative simple ou double. De leur côté, Martinez et al. (2008) ont identifié l’existence de 23 boucles de rétro-activation négatives chez C.elegans par la technique de simple-hybride chez la levure. La Figure 14 démontre bien l’énorme complexité des boucles de rétro-activation ainsi que l’effet de ces boucles sur le fonctionnement de la cellule. Fait intéressant, bien que ce soit deux types de boucles de rétroactivation négatives, une boucle simple dans laquelle le facteur de transcription active le miARN n’a pas le même effet final qu’une double boucle dans laquelle le facteur l’inhibe. Pour bien saisir le principe, il faut comprendre que le miARN et le facteur de transcription impliqués dans la boucle ont d’autres cibles respectives et sont aussi régulés par d’autres facteurs. Dans ce contexte, une boucle de rétro-activation négative double peut générer l’expression exclusive du facteur de transcription ou du miARN ainsi que de leurs cibles respectives (Figure 14A). Puisqu’exclusifs, deux états sont possibles. Le premier est l’expression du facteur de transcription agissant sur ces cibles et le second est l’expression du miARN et donc l’inhibition de ses cibles respectives. Ce sont les signaux en amont qui décideront de l’état préconisé par la cellule. Par exemple, l’activation initiale du facteur de transcription induira son expression et le premier état sera établi. À l’opposé, l’activation initiale du miARN forcera le système à atteindre le deuxième état. De l’autre côté, la boucle de rétroa-ctivation négative simple permet une expression stable des deux composantes tout en assurant un niveau acceptable d’expression du facteur de transcription en s’opposant aux fluctuations trop intenses. Cette boucle permet donc l’oscillation de l’expression du facteur de transcription et ensuite du miARN sans que l’expression du facteur de transcription n’atteigne un niveau critique pour la cellule.
Figure 14. Modèle de la fonction des boucles de régulation négatives dans le processus d’expression génique. Tirée de (Martinez et al., 2008).