Aspects moléculaires de la régulation des ARNm par les piRNAs et les RNA binding protéines chez la drosophile – ControlbypiRNA

Les régulations post-transcriptionnelles sont essentielles dans de nombreux processus biologiques. Un mécanisme majeur de régulation post-transcriptionnelle implique les variations cytoplasmiques des queues poly(A) des ARNm, qui affectent leur stabilité et leur traduction. Ces régulations sont essentielles pour la biologie des cellules souches germinales et dans l'embryon précoce. Le raccourcissement des queues poly(A) par déadénylation conduit à la dégradation des ARNm et à la répression traductionnelle. Le complexe de déadénylation CCR4-NOT est impliqué dans de nombreux processus biologiques, il régule la stabilité et la traduction d'ARNm spécifiques par son recrutement via des "RNA binding proteins" ou des petits ARN non-codants. Ce complexe est aussi impliqué dans des processus de régulations traductionnels indépendants de la déadénylation.
Nous utilisons l'embryon de drosophile comme système modèle pour l'étude des régulations post-transcriptionnelles. La drosophile est un excellent modèle pour les études in vivo et permet aussi les analyses plus mécanistiques in vitro. Nous proposons un projet collaboratif multidisciplinaire, basé sur les expertises complémentaires de nos deux laboratoires, en génétique (M. Simonelig, France) et biochimie (E. Wahle, Allemagne).
Nous avons généré un système in vitro à partir d'embryons de drosophiles, qui reproduit les régulations post-transcriptionnelles de l'ARNm nanos (nos), qui code pour le morphogène postérieur dans l'embryon. Des reporters ARN sont déadénylés et réprimés traductionnellement de façon spécifique, dépendante des motifs SRE (Smaug Recognition Elements), qui permettent la liaison de la protéine Smaug.
Nous avons aussi identifié le rôle d'une voie de "RNA silencing" impliquant une classe de petits ARN non-codants appelés piRNAs (Piwi-interacting RNAs), dans la répression de l'ARNm nos par déadénylation par le complexe CCR4-NOT. Les piRNAs sont présents dans la lignée germinale d'un grand nombre d'espèces et sont produits en grande partie par des séquences provenant d'éléments transposables; leur fonction primaire est de réprimer les éléments transposables dans la lignée germinale. Nous avons découvert un rôle innatendu de la voie piRNA dans la régulation génique: des piRNAs provenant d'éléments transposables ciblent l'ARNm nos. L'interaction de ces piRNAs avec l'ARNm nos coopère avec Smaug à la formation d'un complexe répresseur contenant CCR4-NOT. Ceci conduit à la déadénylation et répression traductionnelle de nos dans la partie somatique de l'embryon, qui sont requises pour le développement embryonnaire. Ces données nous ont permis de proposer le nouveau concept d'une fonction développementale des éléments transposables.
Les données actuelles indiquent que cette fonction des piRNAs dans les régulations géniques est répandue, suggérant que ces régulations pourraient avoir un impact important dans de nombreux processus biologiques, y compris les pathologies, comme c'est le cas des régulations par les microRNAs.
Le but de ce projet est de décripter les mécanismes moléculaires impliqués dans les régulations d'ARNm par les piRNAs et les RNA binding proteins. Nous analyserons la déadénylation et la répression traductionnelle, ainsi qu'un rôle opposé de la voie piRNA dans la stabilisation des ARNm que nous avons découvert récemment. Ce projet collaboratif impliquera des approches innovatives et globales, incluant l'édition du génome par le système CRISPR-Cas9 chez la drosophile, la microscopie super-résolution, la spectrométrie de masse pour l'analyse de complexes protéiques et pour cartographier les interactions protéiques dans les complexes. Ces approches nous permettrons d'établir un lien entre des mécanismes de régulations spécifiques et leur rôle dans des processus développementaux. Ce projet devrait avoir un impact dans le domaine des régulations post-transcriptionnelles et de la fonction des petits ARN non-codants.