Compartimentation et trafic intracellulaire des mRNP

Dans les cellules eucaryotes, les ARNm cytoplasmiques peuvent être traduits, dégradés ou stockés, selon les facteurs qui leur sont liés. Ceux-ci sont impliqués dans des voies de régulation post-transcriptionnelle variées, qui affectent le métabolisme des ARNm à différents niveaux et sont essentielles pour de nombreux aspects de la physiologie cellulaire. De façon remarquable, beaucoup des facteurs impliqués s'accumulent dans des granules ribonucléoprotéiques (RNP) cytoplasmiques dépourvus de membrane, qui se forment par séparation de phase liquides : P-bodies, granules de stress, granules germinaux, granules neuronaux, etc. Malgré des noms, des morphologies et des compositions qui varient selon les organismes modèles, les types cellulaires et les conditions environnementales, la plupart de ces granules contiennent des ARNm inactifs. Les questions principales qui se posent sont les suivantes : comment s’assemblent ces granules ? Quel est leur contenu en ARN et protéines ? Quelle est leur fonction dans le métabolisme des ARN ? Quelle est leur fonction dans la physiologie cellulaire ? Autrement dit, quel est l'avantage de ces macro-aggrégats de mRNP par rapport à des mRNP dispersés dans le cytoplasme ?

Nous nous attaquons à ces questions en utilisant une combinaison d'approches expérimentales incluant des techniques de biochimie et d'imagerie cellulaire, ainsi que des analyses protéomiques et transcriptomiques. La plupart de nos études concernent les P-bodies dans les cellules humaines.

- Comment s’assemblent-ils ? Nous avons montré que trois protéines sont indispensables pour l’assemblage des P-bodies dans les cellules humaines : l’hélicase à ARN DDX6 et ses partenaires LSM14A et 4E-T [1]. Nous concentrons nos études sur ces protéines clés et les protéines qui interagissent avec elles [2–8], afin de comprendre les mécanismes moléculaires impliqués et leur régulation.

- Quel est leur contenu en ARN et protéines ? Quelle est leur fonction dans le métabolisme des ARN ? Nous avons élaboré une méthode pionnière pour purifier les P-bodies, appelée Fluorescence Activated Particle Sorting (FAPS). Elle nous a permis d’identifier leurs protéines et leurs ARN par spectrométrie de masse et séquençage haut débit. Leur analyse, combinée à des expériences de profilage de polysome, nous a permis de conclure que les P-bodies fonctionnent essentiellement dans le stockage des ARNm [9–11]. Cette approche ouvre maintenant la possibilité d’étudier la dynamique du contenu des P-bodies dans différentes conditions, différents environnements cellulaires et différents types cellulaires.

- Quelle est leur fonction dans la physiologie cellulaire ? Les lignées cellulaires établies poussent bien en l’absence d’expression de DDX6, et donc en l’absence de P-bodies. Par contre, chez l’homme, des mutations dans le gène DDX6 sont responsables d’une déficience intellectuelle associée à des défauts de développement. Nous avons montré que ces mutations de DDX6 entrainent un fort défaut de P-bodies dans les cellules des patients, et une mauvaise régulation post-transcriptionnelle des ARNm [12]. Ces résultats constituent un point d’entrée unique pour comprendre la fonction des P-bodies et/ou de DDX6 au cours du développement.

1 Ayache, J. et al. (2015) Mol. Biol. Cell 26, 2579–2595

2 Souquere, S. et al. (2015) Nucl. Austin Tex 6, 326–338

3 Kamenska, A. et al. (2016) Nucleic Acids Res. 44, 6318–6334

4 Vindry, C. et al. (2017) Cell Rep. 20, 1187–1200

5 Chauderlier, A. et al. (2018) Biochim. Biophys. Acta 1861, 762–772

6 Vindry, C. et al. (2019) Wiley Interdiscip. Rev. RNA DOI: 10.1002/wrna.1557

7 Courel, M. et al. (2018) bioRxiv DOI: 10.1101/373498

8 Garcia-Jove Navarro, M. et al. (2019) Nat. Commun. 10, 3230

9 Hubstenberger, A. et al. (2017) Mol. Cell 68, 144-157.e5

10 Standart, N. and Weil, D. (2018) Trends Genet. 34, 612–626

11 Courel, M. et al. (2018) Med. Sci. MS 34, 306–308

12 Balak, C. et al. (2019) Am. J. Hum. Genet. DOI: 10.1016/j.ajhg.2019.07.010

Collaborations

  • Chris Balak: Tgen, Phoenix, Arizona, US
  • Edouard Bertrand: IGMM, Montpellier, France
  • Patrick Brest: ICAN, Nice, France
  • Zoher Gueroui: ENS Paris, France
  • Arnaud Hubstenberger: Valrose, Nice, France
  • Antonin Morillon: Institut Curie, France
  • Julien Mozziconacci: LPTMC, UPMC, Paris, France
  • Gérard Pierron: Institut Gustave Roussy, Villejuif, France
  • Amélie Piton: IGBMC, Strasbourg, France
  • Hugues Roest Crollius: ENS Paris, France
  • Nancy Standart: University of Cambridge, UK