Régulation de l'activité des ribosomes par la 2'-O-méthylation des ARNr : Vers un contrôle de la traduction par l'épitranscriptome de l'ARNr – ActiMeth

Ce projet s'appuie sur l'inhibition de sites de méthylation pré-sélectionnés par ciblage des snoARN correspondants avec des oligonucléotides antisens, et la cartographie de la méthylation par une technologie appelée RiboMethSeq. ActiMeth exploite des approches complémentaires des trois partenaires, qui permettront d'analyser au niveau moléculaire, ribosome par ribosome la dynamique de la traduction (approche «molécule unique«), au niveau cellulaire les mécanismes de régulation, et d'identifier les voies cellulaires dont la régulation repose sur la méthylation des ARN ribosomiques par des approches à large échelle (approche «riboSeq«).

Les principales parties du projet ont été mises en route et sont en cours d'exploitation.
Un logiciel d'analyse des données de RiboSeq, appelé RiboDoc, a été mis à disposition de la communauté.
La technologie de RiboMethSeq et l'ensemble des outils d'analyse bioinformatique et statistique ont été mis en place au sein du CRCL.

Ce projet permettra de mieux comprendre comment les ribosomes participent aux mécanismes de contrôle de la synthèse protéique. Il permettra d'établir pour la première fois une description détaillée de la relation entre la méthylation des ARN ribosomiques et les régulations traductionnelles. Ce projet posera les bases d'une exploration moléculaire permettant de lier la composition des ARN ribosomiques avec les événements clefs de la traduction que sont les phases d'initiation, d'élongation et de terminaison.

Francois P. et al. RiboDoc: A Docker-based package for ribosome profiling analysis. Comput Struct Biotechnol J. 2021 May 7;19:2851-2860.

Dans tout organisme, la synthèse des protéines est effectuée par les ribosomes. Ils assurent le décodage de l'ARNm et la catalyse de la liaison peptidique et garantissent la fidélité de la traduction, grâce à des activités de relecture/surveillance du cadre de lecture et des codons.
Dans plusieurs organismes dont les mammifères, la composition en protéines et en ARN des ribosomes varie selon le contexte physio-pathologique. Des études récentes ont établi une preuve du concept de spécialisation fonctionnelle des ribosomes, selon lequel une variation de composition du ribosome entraîne des changements d'activité traductionnelle du ribosome et ainsi de la cellule. Le ribosome émerge ainsi comme nouveau régulateur de la traduction, mais les mécanismes moléculaires sous-jacents sont encore inconnus.
Les ARN ribosomiques (ARNr) jouent un rôle central dans le processus de traduction, en contribuant à l'assemblage des sous-unités ribosomiques, au décodage des ARNm et à la catalyse de la liaison peptidique via l'activité ribozyme de l'ARNr 28S. Les modifications chimiques de l'ARNr, principalement la 2'-O-méthylation (2'-O-Me) et la pseudouridylation, sont concentrées dans et autour de domaines fonctionnels particuliers des ribosomes, tels que le site A, le centre de décodage et peptidyl-transférase et l'interface inter-sous-unités. Il est aujourd'hui proposé que ces modifications participent à la structuration du ribosome. Plusieurs équipes, dont les partenaires d'ACTIMETH, ont montré que les variations de 2'-O-Me induisent des changements de traduction et modulent la fonctionnalité des ribosomes. Cependant, les mécanismes par lesquels les 2'-O-Me régulent le fonctionnement du ribosome ne sont pas connus. Nous postulons que la 2'-O-Me des ARNr contrôle l'activité du ribosome et contribue à l'efficacité et à la régulation de la traduction, au cours de l'initiation et de l'élongation.
Ce programme vise à déterminer comment la 2'-O-Me module le fonctionnement des ribosomes et à décrire les mécanismes sous-jacents à la régulation de la traduction par modification de la composition du ribosome humain. Dans ACTIMETH, nous ciblerons spécifiquement les sites de 2'-O-Me et déterminerons leur impact sur les étapes d'initiation et d'élongation. En particulier, nous explorerons le rôle des 2'-O-Me (1) sur la traduction globale, (2) sur l'assemblage du ribosome 80S sur divers ARNm, (3) sur le décodage et la fidélité et (4) sur la dynamique d'initiation et d'élongation de la traduction.
Pour garantir son succès, le programme ACTIMETH regroupe trois partenaires de renommée internationale dans les domaines de la biologie du ribosome, de la régulation de la traduction, de la fidélité et du recodage. Ce consortium se caractérise par une expertise pluridisciplinaire comprenant la traduction in vitro "hybride", le "ribosome profiling" et la biophysique, pour analyser la composition et l'activité des ribosomes, le contrôle de la traduction et sa dynamique par des techniques de molécule unique. ACTIMETH est basé sur un ensemble solide de données publiées et non-publiées obtenues par les trois partenaires au cours de collaborations déjà existantes.
ACTIMETH est entièrement original car il vise à décrire de nouveaux mécanismes moléculaires régissant le processus de traduction, et en particulier la contribution des modifications de l'ARNr. ACTIMETH apportera une description moléculaire détaillée du rôle de la 2'-O-Me sur l'efficacité de traduction des ARNm cellulaires dont la traduction est sensible à la 2'-O-Me. Ces données fourniront également une base pour de futures analyses structurale de ribosome dont la 2'-O-Me est modifiée. Enfin, ACTIMETH fournira des informations moléculaires pertinentes pour comprendre et cibler les populations de ribosomes produits dans des situations pathologiques, dont la description est actuellement en cours dans le cancer et dans des maladies génétiques comme les ribosomopathies et les maladies liées aux mutations non-sens.