Structure et fonction de la machinerie ciblant les ARNs pour leur dégradation nucléaire. – MTREC

Pour détecter et éliminer les transcrits spécifiques ou aberrants, les cellules s'appuient sur des mécanismes, hautement régulés, de dégradation de l'ARN. Les transcrits non désirés sont reconnus par des complexes spécialisés de ciblage de l'ARN qui les acheminent vers l'exosome nucléaire d'ARN pour être éliminés.
Chez la levure fissipare S. pombe, MTREC (Mtl1-Red1 core) est un complexe de ciblage d'ARN et est responsable de la reconnaissance des transcrits instables cryptiques, des ARNm méiotiques et des pré-ARNm non épissés. MTREC comprend la protéine Red1 à doigts de zinc et l'ARN hélicase Mtl1. En outre, il existe plusieurs sous-modules qui lui sont associés - le complexe de liaison de la coiffe nucléaire (Cbc-Ars2), le complexe Iss10-Mmi1 qui cible les ARN méiotiques et le complexe Pab2-Rmn1-Red5 qui lie les séquences poly(A). L'homologue le plus proche de MTREC chez l'Homme est le complexe PAXT qui cible les ARN longs et polyadénylés.

L'architecture globale et le rôle de chaque sous-unité de ces complexes sont inconnus. On ne comprend pas non plus comment ils sélectionnent spécifiquement les transcrits pour la dégradation et comment ils les recrutent vers l'exosome nucléaire des ARN. Le but de notre projet est de caractériser structurellement et fonctionnellement MTREC/PAXT pour définir les mécanismes par lesquels il sélectionne des ARNs particuliers pour la dégradation. Ces informations permettront d'améliorer notre compréhension fondamentale des principes qui gouvernent l'expression des gènes eucaryotes.

Pour faciliter l'analyse de ce système complexe et dynamique, nous étudierons les trois sous-modules constitutifs de MTREC - le cœur, le cap-binding et le sous-module Iss10/Mmi1. Pour analyser les sous-complexes impliquant des motifs d'interaction courts, des domaines ou des interactions multivalentes entre protéines ou entre protéines et ARN, nous utiliserons des techniques de biologie structurale, notamment la RMN, la cristallographie aux rayons X et la cryo-EM, qui permettent de caractériser des structures de toutes tailles. Les hypothèses dérivées de l'analyse structurelle seront combinées à des expériences in vivo chez S. pombe et chez l'Homme. Par ailleurs, le projet MTREC s'appuie sur un nombre important de données préliminaires. Il est organisé en quatre tâches pour répondre aux questions suivantes :

1. Quel est le rôle moléculaire du sous-module Iss10/Mmi1 dans le ciblage du complexe MTREC sur des transcrits spécifiques ? Et comment ce rôle est-il régulé par le système cellulaire senseur de l'énergie et qui dépend de la signalisation TOR (Tâche 1) ? Pour répondre à ces questions, nous allons déterminer les structures des sous-complexes Iss10-Red1 et Iss10-Mmi1 et évaluer in vivo l'importance de ces interactions dans le ciblage des ARN méiotiques chez S. pombe.

2-3. Quelle est la base structurelle de l'exclusivité mutuelle des complexes d'ordre supérieur formés par le sous-module Cbc-Ars2 ? Nous cherchons à répondre à cette question par une analyse structurelle des complexes CBC-ARS2 avec des facteurs de production (Tâche 2) ou de dégradation (Tâche 3) concurrents. Dans la Tâche 2, nous nous concentrerons sur l'analyse structurelle des complexes CBC-ARS2 formés avec des facteurs de biogénèse positifs de l'ARN, tels que NCBP3 et PHAX. Dans la Tâche 3, nous étudierons le lien entre le CBC-ARS2 et le noyau MTREC/PAXT.

4. Quelles sont la composition, la stœchiométrie, l'activité et la structure du complexe central MTREC (tâche 4) ? Pour répondre à cette question, nous caractériserons biochimiquement, biophysiquement et structurellement le noyau MTREC de Red1-Mtr4, incluant probablement aussi le sous-complexe Pab2, avec l'ARN substrat.

Ainsi, ce projet qui porte sur la structure/fonction de MTREC/PAXT, un consortium d’expertises très complémentaires doit fournir des informations mécanistiques détaillées sur le mode d'action des complexes de ciblage de l'ARN dans la gestion de la dégradation de l'ARN.