3. Staufen
3.6. Rôle de Staufen dans la dégradation d’ARNm
Parmi les nombreux rôles réalisés par Stau, nous pouvons maintenant inclure celui d’inducteur de la dégradation d’ARNm. Voici dans un premier temps une brève description du NMD, « nonsens-mediated decay », un mécanisme de surveillance d’ARNm bien répertorié. Nous discuterons ensuite du SMD « Staufen mediated decay ». Ensuite, nous metterons en parallèle ces deux mécanismes afin de mieux en comprendre leur interrelation.
3.6.1. Un survol du NMD
Le NMD permet la dégradation d’ARNm possédant un codon « stop » inséré prématurément au sein de sa séquence nucléotidique. Il permet à la cellule d’éviter de traduire cet ARNm aberrant et ainsi de synthétiser une protéine tronquée qui pourrait agir de façon néfaste dans la cellule, en agissant comme dominant négatif par exemple.
Pour être reconnu par le complexe de dégradation, il doit y avoir présence d’un codon stop en amont d’une jonction entre deux exons. Lors de l’épissage de l’ARNm, il y a déposition d’un complexe protéique appelé le complexe de jonction d’exon, EJC, à environ 20 à 24 nucléotides en amont de cette jonction. Ce complexe de jonction inclut les protéines du NMD Upf3/3x, Upf2 et Upf1 qui sont recrutées selon cette même séquence (Maquat 2004; Silva and Romao 2009).
Lors de la traduction, le ribosome termine la synthèse protéique au niveau du codon stop, ce qui occasionne une interaction entre les facteurs de terminaison de la traduction et les protéines de l’EJC situées en aval, dont la protéine Upf1. En temps normal, il n’y a pas d’EJC en aval du codon stop. Cette interaction n’est donc pas possible. Ce phénomène engendre ensuite la phosphorylation d’Upf1 via la kinase SMG-1. Puis s’ensuit une série de
phosphorylations qui mènera finalement au recrutement de la machinerie de dégradation (Maquat 2004; Silva and Romao 2009).
3.6.2. Le mécanisme du SMD
Contrairement au mécanisme du NMD, la dégradation induite par Stau, appelée « staufen mediated decay » ou SMD, n’est point dépendante d’un codon stop prématuré. Au contraire, le SMD agirait au niveau des ARNm cellulaires intacts afin d’en réguler leur concentration plasmatique. Pour ce faire, Stau doit se lier en aval du codon de terminaison, soit dans la séquence 3’ non traduite de l’ARNm. Il médie son effet via son interaction avec le facteur Upf1, et ce, de façon indépendante des facteurs Upf2 et Upf3/3x, contrairement au NMD décrit plus tôt qui lui dépendait de ces deux facteurs (Kim, Furic et al. 2005).
Ce mécanisme fut étudié à l’aide d’un ligand endogène de la protéine Stau1, soit l’ARNm de l’ADP-ribosylation factor (Arf) 1. Il fut démontré que la diminution des niveaux cellulaires de la protéine Sau1, par siRNA, induisait la stabilité de cet ARNm. De plus, il fut établi que cette stabilité était dépendante de la séquence liée par Stau1 préalablement identifiée dans le 3’UTR de cet ARNm. Celle-ci est située entre les nucléotides 622 et 924 du 3’UTR, une région ainsi appelée « staufen binding site » ou SBS. De même, il fut démontré que l’ajout de cette séquence en 3’UTR d’un ARNm rapporteur induit la déstabilisation de cet ARNm, et ce, toujours de façon dépendante des niveaux cellulaires de Stau1 (Kim, Furic et al. 2005).
Cette découverte est des plus intéressantes. En effet, nous savons maintenant que les niveaux cellulaires de Stau1 influent la stabilité de nombreux ARNm. Que ce soit un changement local au niveau synaptique ou global lors du cycle cellulaire, il est permis de croire que Stau1 permet la régulation fine d’une population d’ARNm au cours de phénomènes cellulaires complexes (Kim, Furic et al. 2005).
3.6.3. La relation entre le NMD et le SMD en est une de compétition
Les résultats tendent à démontrer que ces deux phénomènes sont en compétition au niveau cellulaire vu leur dépendance au facteur Upf1. En effet, on trouve une compétion pour le site de liaison d’Upf1 entre les protéines Upf2 et Stau médiant, respectivement le NMD et le SMD (Gong, Kim et al. 2009).
Certains transcrits d’ARNm déstabilisés lorsque la concentration de Upf2 est réduite se retrouvent également dans la liste des cibles du SMD. Ceci suggère que le SMD est favorisé dans cette condition où le NMD est inhibé. Inversement, l’augmentation de la dégradation de certains transcrits d’ARNm lors d’un siRNA contre Stau1 inclut certaines cibles du NMD (Gong, Kim et al. 2009).
Ainsi, suite à la sous-expression de Stau1, la concentration de 1.1 % des transcrits présents dans les cellules HeLa se trouve augmentée alors que 1.0% s’en trouve diminuée. (Kim, Furic et al. 2007)
Il fut intéressant de constater que la modification de cet équilibre est responsable de la différenciation des myoblastes en myotubes. En effet, l’efficacité du SMD est favorisée au détriment du NMD lors de cette différenciation. Parmi les multiples cibles du SMD et du NMD possibles, l’une des hypothèses suggère l’implication des ARNm PAX3, cible du SMD et celui de la myogenin, cible du NMD. L’ARNm PAX3, codant une protéine responsable du maintien de la cellule sous forme de myotube, se trouve ciblé à la dégradation par le SMD alors que l’ARNm myogenin, codant une protéine requise pour la différenciation, se retrouve stabilisé par la régulation à la baisse du NMD (Kim, Furic et al. 2007; Gong, Kim et al. 2009).