P53-mediated control of mRNA translation during Endoplasmic Reticulum stress : mechanisms and physiological implications

par Ignacio López

Thèse de doctorat en Aspects moléculaires et cellulaires de la biologie. Hématologie et oncologie

Sous la direction de Robin Fåhraeus.

Soutenue le 05-09-2016

à Sorbonne Paris Cité , dans le cadre de École doctorale Hématologie, oncogenèse et biothérapies (Paris) , en partenariat avec Université Paris Diderot - Paris 7 (établissement de préparation) .

Le président du jury était Fabien Calvo.

Le jury était composé de Morgane Le Bras, Martin Dutertre.

Les rapporteurs étaient Marc Blondel, Eric Chevet.

  • Titre traduit

    Contrôle de la traduction des ARNm médiée par P53 au cours du stress du réticulum endoplasmique : mécanismes et implications physiologiques


  • Résumé

    Des fluctuations physiologiques lors de la production et du repliement des protéines, ainsi que des processus pathologiques comme l’infection virale, le vieillissement et les cancers peuvent conduire à un stress du Réticulum Endoplasmique (RE). Il s’agit d’un état caractérisé par l’accumulation de protéines non/mal repliées dans la lumière du RE, qui déclenche la réponse aux protéines dépliées, dite UPR (Unfolded Protein Response). Pour rétablir l’équilibre protéique, la réponse UPR va inhiber la synthèse protéique globale cap-dépendante et favoriser la production de protéases et de chaperonnes associées au RE, notamment la protéine BiP qui joue également le rôle de senseur principal de l’UPR. Notre groupe a précédemment montré que lors d’un stress du RE, une isoforme particulière du suppresseur de tumeur p53, l’isoforme p53ΔN40 (également connue sous le nom de p53/47, Δ40p53, ΔNp53 ou p47) est induite sélectivement par PERK pour conduire à l’arrêt de la division cellulaire en G2 et que ceci dépend de la suppression de l’expression de p21CDKN1A par l’isoforme longue de p53 (p53FL) avec p53ΔN40 agissant notamment au niveau transcriptionnel et traductionnel.Le sujet principal de mon travail a été de comprendre comment p53 induit l’apoptose en cas de stress prolongé du RE. J’ai pu montrer que ceci dépend de la diminution de l'expression de BiP, via une interaction directe de la protéine p53 avec une petite région de la séquence codante de l'ARNm de BIP. Cette trans-suppression de BiP est médiée par un domaine de 7 acides aminés présent dans p53FL et aussi dans p53ΔN40. Cette inhibition de l'expression de BiP pendant les tress du RE conduit à une augmentation de l'apoptose par l'activation de la protéine BIK ainsi libérée d’une interaction répressive avec BiP. De plus, BIK est également activée pendant le stress du RE par p53FL et/ou p53ΔN40 au niveau transcriptionnel. Mes résultats établissent pour la première fois un lien entre la capacité de liaison à l'ARNm de p53 et le contrôle de la traduction de cet ARNm avec une réponse cellulaire particulière.Ce travail montre également que p53 contrôle la traduction de deux ARNm supplémentaires par ce qui semble être deux mécanismes d’action différents. Ces deux mécanismes reposent sur des séquences présentes dans l'ARNm, mais diffèrent sur la nécessité d'une interaction directe avec la protéine p53. Comme montré pour BiP, la capacité de liaison à l'ARNm de p53 bloque la traduction des ARNm de FGF-2 et de p53. Dans cette catégorie, nous pouvons maintenant également inclure l'ARNm de MDMX. D’un autre côté, la suppression de la traduction de p21CDKN1An'a pas été associée à une interaction avec p53, ce qui est aussi le cas pour la suppression de l’expression de MDM2. Les implications physiologiques des suppressions d’expression de MDM2et de MDMX sont discutées.Ces résultats montrent que la suppression de la traduction de l'ARNm médiée par p53 joueun rôle physiologique majeur lors de l'UPR et soutient le rôle spécifique de la p53ΔN40 en réponse à du stress du RE.


  • Résumé

    Physiological fluctuations of protein production/folding and pathological processes like viralinfection, aging and cancers can lead to Endoplasmic Reticulum (ER) stress. It is a statecharacterized by the accumulation of unfolded or misfolded proteins in the ER lumen that triggers the Unfolded Protein Response. In restoring ER proteostasis, the UPR inhibits global capdependent protein synthesis and promotes proteases and ER chaperons, notably BiP, which also functions as the main UPR sensor. Our group has previously shown that during ER stress, a selective induction of the p53 tumour suppressor protein isoform p53ΔN40 (also known as p53/47, Δ40p53, ΔNp53, p47) by PERK leads to G2 arrest, and that this depends on a suppression of p21CDKN1A expression by p53 full-length (p53FL) and p53ΔN40 acting at transcription and translation. The main topic of my work has been to understand how p53 promotes apoptosis during prolonged ER stress. I could show that this depends on the down regulation of BiP expression via a direct interaction between a restricted region of the bip mRNA's coding sequence and p53 protein. The trans-suppression is mediated by a 7-aa domain of the p53 protein present in both p53FL and p53ΔN40. The inhibition of BiP expression during ER stress leads to an increase in apoptosis via activation of the BH3-only BIK protein by liberating it from a repressive interaction with BiP. Moreover, BIK is further activated during ER stress by transcription induction mediated by p53FL and/or p53ΔN40. These results links for the first time the RNA-binding capacity of p53 and the control of mRNA translation with a particular cellular response. The work also shows that p53 controls the translation of two additional mRNAs in what appears to be two different mechanisms. Both mechanisms rely on sequences present in the mRNAs but differ in the requirement of a direct interaction with the p53 protein. Like with BiP, the RNA-binding capacity of p53 shuts down the translation of fgf-2 and p53 mRNAs. To this category we can now also include the mdmx mRNA. On the other hand, suppression of p21CDKN1A translation was not shown to require an interaction with p53 and this is also the case for suppression of MDM2. The physiological implications of MDMX and MDM2 suppression are discussed. These data illustrate that p53-mediated mRNA translation suppression plays a physiological role during the UPR and further supports the specific role of the p53ΔN40 during ER stress.

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