Etude du rôle de la sumoylation dans le métabolisme des ribonucléoparticules d'ARN messagers (mRNPs)

par Jérôme Rouvière

Thèse de doctorat en Sciences de la vie et de la santé

Sous la direction de Benoît Palancade.

Soutenue le 24-03-2016

à Paris Saclay , dans le cadre de École doctorale Structure et Dynamique des Systèmes Vivants (Gif-sur-Yvette, Essonne) , en partenariat avec Université Paris-Sud (établissement opérateur d'inscription) et de Institut Jacques Monod (Paris) (laboratoire) .


  • Résumé

    Au sein des cellules, les ARNms sont liés par de nombreuses protéines, générant ainsi des particules appelées mRNPs (Ribonucléoparticules de messagers). Leur formation est cotranscriptionnelle, et leur composition va réguler l’ensemble des étapes du métabolisme des ARNms : stabilité, maturation, export, localisation et traduction. Au vu de l’importance de ces mécanismes dans la physiologie cellulaire, le contenu protéique des mRNPs est finement régulé dans le temps et l’espace et fait l’objet de nombreux remodelages. Ces changements de composition dépendent notamment des hélicases, ainsi que des modifications post-traductionnelles ; cependant, ces mécanismes demeurent à caractériser de façon plus approfondie. Une modification post-traductionnelle susceptible de moduler ces remaniements depuis la levure S. cerevisiae jusqu’aux métazoaires est la sumoylation. En effet, la SUMO-protéase Ulp1/SENP2, une enzyme clé de la machinerie de sumoylation, est localisée au panier des pores nucléaires, à proximité d’une plateforme d’ancrage des mRNPs destinées à l’export. Par ailleurs, il a été rapporté chez la levure que des mutants affectant la localisation et la stabilité d’Ulp1 présentent des défauts d’export et de localisation des mRNPs. Au vu de ces données, le laboratoire s’est intéressé aux rôles potentiels de la sumoylation dans le métabolisme de ces particules d’ARNm. Dans ce but, un crible protéomique a été réalisé chez la levure S. cerevisiae afin de comparer la composition des mRNPs entre des cellules sauvages ou mutantes pour Ulp1. Ce crible a mis en évidence un rôle d’Ulp1 dans le recrutement de deux composants des mRNPs, le complexe THO et l’hnRNP Hek2. Le complexe THO est un facteur multiprotéique qui participe à la prévention de l’instabilité génique et contribue à la transcription des ARNms, à l’assemblage des mRNPs et à leur export. L’hnRNP Hek2 est une protéine aux rôles multiples, dont l’association à un ARNm est susceptible de moduler sa stabilité, sa traduction et/ou sa localisation. Des analyses biochimiques nous ont permis de mettre en évidence l’existence de formes sumoylées de la sous-unité Hpr1 du complexe THO ainsi que de l’hnRNP Hek2. Toutes deux sont Ulp1-dépendantes, et interviennent sur la partie C-terminale de ces protéines. Nous avons également mis en évidence que chacune de ces sumoylations contrôle le recrutement de son substrat au sein des mRNPs. L’analyse fonctionnelle d’un mutant affectant la sumoylation d’Hpr1 a identifié cette modification comme nécessaire au recrutement du complexe THO sur une population d’ARNms impliqués dans la résistance au stress acide, autrement dégradés par l’exosome. Ainsi, l’absence de sumoylation d’Hpr1 diminue fortement la viabilité cellulaire en conditions de stress, un phénotype supprimé par l’inactivation de l’exosome. L’étude des effets de la sumoylation d’Hek2 suggère une modulation par SUMO de certaines de ses fonctions, notamment dans la localisation cellulaire des ARNms. L’ensemble de ces données fournit donc les deux premiers exemples de régulation du métabolisme des mRNPs par des événements de sumoylation intervenant au niveau du pore nucléaire.

  • Titre traduit

    The role of sumoylation in messenger ribonucleoproteins (mRNPs) metabolism


  • Résumé

    Within the cells, mRNAs are associated to proteins, thereby generating particles called mRNPs (messenger ribonucleoproteins). mRNPs form in a cotranscriptional manner and their composition defines the fate of mRNAs by modulating the different steps of their metabolism, including their stability, their processing, their export, their localisation and their translation. In view of the importance of such mechanisms for cell physiology, several mechanisms ensure a tight spatio-temporal control of mRNPs composition through multiple mRNP remodelling events. These changes in the protein content of mRNPs depend on helicases and post-translational modifications, but remain to be further investigated. Sumoylation is one of the modifications that could contribute to mRNPs remodelling from yeast (S. cerevisiae) to metazoans. Indeed, it has been reported that the SUMO-protease Ulp1/SENP2, a key enzyme of the sumoylation machinery, is localized at the basket of nuclear pore complexes, in close vicinity with mRNPs committed for export. This particular localization, together with the reported defects in mRNPs export and localisation of yeast mutants affecting Ulp1, prompted the lab to ask whether sumoylation could contribute to mRNP biogenesis. In order to investigate this hypothesis, our lab compared mRNPs composition between wild-type and ulp1 mutant S. cerevisiae yeast strains using a proteomic approach. This screen identified two mRNP components that depend on Ulp1 for their recruitment onto these particles: the THO complex and the hnRNP Hek2. The THO complex is a multi-subunit factor that prevents genome instability and contributes to transcription, mRNP assembly and export. Hek2 has multiple functions in mRNA stability, translation and/or localization. Using biochemical approaches, we have been able to visualize sumoylated versions of the Hpr1 subunit of the THO complex and of the hnRNP Hek2. In both cases, this modification depends on Ulp1 activity and occurs on the C-terminal part of the protein. We further showed that these sumoylation events control THO and Hek2 recruitment onto mRNPs. Functional analysis of a mutant impairing Hpr1 sumoylation revealed that this modification is required for proper recruitment of the THO complex onto a subset of mRNAs involved in acidic stress resistance, which are otherwise degraded by the exosome. Decreased Hpr1 sumoylation results in a strong reduction of viability in acid stress conditions, a phenotype that is rescued by inactivation of the exosome. The investigation of the role of Hek2 sumoylation in mRNPs metabolism suggests that this modification regulates some of Hek2 functions, especially in mRNA localisation. All together, these results provide the two first examples of mRNPs components whose functions are regulated by sumoylation events occurring at the level of nuclear pores.


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