Génération d'ARN antisens au niveau des gènes convergents dans les cellules sénescentes

Generation of antisense RNAs at convergent gene loci in cells undergoing senescence

• Auteur / Autrice : Maharshi Krishna Deb
• Direction : Didier Trouche, Estelle Nicolas
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génétique moléculaire
• Date : Soutenance le 30/03/2016
• Etablissement(s) : Toulouse 3
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Biologie Santé Biotechnologies (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Biologie Cellulaire et Moléculaire du Contrôle de la Prolifération (Toulouse ; 1999-2020)

Mots clés

Mots clés contrôlés

ARN antisens

Cellules

Mots clés libres

Sénescence cellulaire

Transcription des Read-through

Gènes convergents

ARNs antisens

Variant d'histone H2A.Z

Variant d'histone H2A.Z

Read-through Transcription

Convergent Genes

Antisense RNAs

Histone variant H2A.Z

Résumé

La sénescence, qui est un mécanisme antitumoral majeur, est définie comme un état d'arrêt irréversible de la prolifération cellulaire en réponse à un stress comme l'activation illégitime d'oncogènes. Les cellules qui entrent en sénescence subissent de profonds changements de leur épigénome. Les ARNs antisens sont suspectés de joue des rôles importants dans le contrôle du destin cellulaire et dans des processus cellulaires variés. Dans la levure, le variant d'histone H2A.Z co-opère avec les machineries du RNAi et de l'hétérochromatine pour réprimer sur les loci de gènes convergents l'apparition d'antisens dus à des défauts de terminaison de transcription de un des deux gènes. Chez les mammifères, l'existence et la régulation de tels transcrits antisens restent inconnues. De façon intéressante, la déplétion du variant d'histones H2A.Z est connue pour induire la sénescence. Nous nous sommes donc demandés si la sénescence est accompagnée de la régulation de tels transcrits antisens sur les gènes convergents, si la régulation par H2A.Z est conservée et si ces transcrits pouvaient avoir un rôle fonctionnel. Dans un modèle de sénescence induite par les oncogènes in vitro, nous avons identifiés par RNA-Seq brin spécifiques plusieurs loci de gènes convergents où des ARN antisens pourraient être générés par des défauts de terminaison de transcription sur le gène convergent. Des analyses en profondeurs sur deux loci ont confirmé que les transcrits antisens sont effectivement générés par un tel mécanisme (appelé "read-through transcriptionnel"). Nous avons appelé ces antisens START RNAs (pour " Senescence Triggered Antisense Read-through Transcripts). Nous avons par la suite montré que ces STARTs répriment l'expression du gène pour lequel ils sont antisens. Finalement, nous avons montré qu'ils sont réprimés par H2A.Z dans les cellules en prolifération. Nous proposons donc un modèle où la progression en sénescence s'accompagne d'une diminution de H2A.Z, ce qui se traduit par l'induction de transcrits antisens régulateurs sur une famille de loci de gènes convergents dus à des défauts de contrôle de la terminaison de la transcription.

Cellular senescence represents one of the major fail-safe mechanisms that counteracts tumour development is defined as a state of irreversible cell cycle arrest as a consequence of stress response such as oncogenic challenge. Such cells undergoing Oncogene-induced Senescence (OIS) display profound alternation in their epigenome as their chromatin are largely decorated with prominent drivers of constitutive heterochromatin.Antisense RNA-mediated gene regulation has been attributed to play diverse roles in mediating various cellular processes and cell fates per-se. In yeast, histone variant H2A.Z cooperates with RNAi and heterochromatin machinery to regulate antisense transcription at convergent gene loci which can otherwise generate pervasive read-through transcripts owing to improper transcription termination. In mammals, whether such antisense transcripts (occurring by read-through transcription at convergent gene pairs) exist and how they are regulated remains unknown. Interestingly, the depletion of the human H2A.Z histone variant has been reported to induce cellular senescence. We thus wondered if the regulation of particular antisense transcripts at convergent gene pairs occurs in senescence, if their regulation by H2A.Z is conserved in mammals and, if so, if a functional significance can be attributed to these transcripts. To this end we took advantage of a well-established in-vitro OIS model. Briefly, we analysed genome wide strand specific RNA-seq analysis of cells undergoing Oncogene Induced Senescence. This led us to identify numerous convergent gene loci associated with accumulation of transcripts downstream of the designated transcription termination site in senescent cells, and extending to generate an antisense to the next gene located in the opposite strand of the convergent gene pair. We confirmed the RNA-seq data at two of such convergent loci. An RNAi based approach revealed that at least two of these transcripts are generated by transcriptional read-throughs. Hence we designated such pervasive transcripts as Senescence Triggered Antisense Read-through Transcripts (START). Importantly, we further found that the two STARTs for which we performed in depth studies repress the expression of the gene for which they are antisense. Finally, we demonstrate that the histone variant H2A.Z suppresses the accumulation of STARTs in proliferative cells. Since it also prevents senescence induction, this suggests that expression of START is important for cellular senescence. This has lead us to propose a model that human cells undergoing OIS are associated with loss of H2A.Z that leads to the wide spread accumulation of read-through transcripts owing to impaired termination control.