Mécanismes de la dégradation des ARN dépendants ou indépendants de la déadénylation

Mechanisms of RNA degradation, dependent or independent of deadenylation

• Auteur / Autrice : Léna Audebert
• Direction : Cosmin Saveanu
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biochimie et biologie structurale
• Date : Soutenance le 16/09/2022
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Complexité du vivant (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Pasteur (Paris). Unité Génétique des Interactions Macromoléculaires
• Jury : Président / Présidente : Olivier Namy
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Claire Torchet
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Cécile Bousquet-Antonelli, Domenico Libri

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cellules eucaryotes

Régulation génétique

Expression génique

Détérioration

ARN messagers

Mots clés libres

Dégradation des ARN

Génétique

Levure

Déadénylation

NMD

Queue poly-A

RNA degradation

Genetics

Yeast

Deadenylation

NMD

Poly-A tail

Résumé

La dégradation de l'ARN est une étape essentielle pour maintenir l'équilibre nécessaire à l'expression des gènes et à leur régulation. Chez les eucaryotes, le modèle le plus courant propose que la dégradation de l'ARN est contrôlée par la vitesse de raccourcissement de la queue poly-A. En dessous d'un certain seuil, la présence d'une courte queue oligo-A entraîne l'activation du décapping et la dégradation de l'ARN. Cependant, la déadénylation progressive n'est pas nécessaire pour une voie majeure de dégradation rapide de l'ARN, la dégradation par le "nonsense-mediated mRNA decay" (NMD), qui se passe indépendamment de la taille d'une queue poly-A. Sur la base de mesures à grande échelle de la longueur de la queue poly-A et d'estimations de la demi-vie de l'ARN, nous proposons qu'un modèle de dégradation indépendant de la déadénylation, similaire au NMD, puisse exister pour d'autres ARN instables. Ce modèle prédit que des changements de vitesse de déadénylation ne devraient pas avoir d'impact sur la demi-vie de ces ARN. Le raccourcissement de la queue des poly-A semble être dans ce cas un processus parallèle et non pas nécessaire pour la dégradation de l'ARN. Comme prédit par notre modèle, un ARN rapporteur instable et insensible au NMD n'est pas stabilisé par une diminution de la vitesse de déadénylation, même s'il est très sensible à l'inactivation du décapping. Ces résultats ont été obtenus dans un système "degron" de déplétion rapide et spécifique de protéines d’intérêt, qui permet d’éviter une perturbation globale du métabolisme des cellules testées. En accord avec ces résultats fonctionnels, nous avons identifié les ARN instables comme une population de molécules d'ARN associées à la protéine de liaison cytoplasmique des poly-A et conclu que de longues queues de poly-A sont une caractéristique naturelle des ARN instables. Nos résultats sont compatibles avec les estimations récentes de la taille des queues poly-A et de la vitesse de dégradation des transcrits et devraient avoir un impact important sur la découverte des mécanismes moléculaires par lesquels la dégradation des ARN est initiée chez les eucaryotes.

RNA degradation is a critical step in maintaining the proper balance required for gene expression and its regulation. In eukaryotes, RNA decay is thought to be controlled by the speed of poly-A tail shortening. Below a threshold, the presence of an oligo-A tail leads to decapping activation and rapid RNA degradation. However, progressive deadenylation is not required for a major fast RNA degradation pathway, the nonsense mediated mRNA decay (NMD), which occurs independently of the size of a poly-A tail. Based on large-scale poly-A tail length measurements and RNA half-life estimates, we hypothesize that a deadenylation-independent degradation model, similar to NMD, applies to other unstable RNAs. This model predicts that changes in the deadenylation speed should not impact the half-life of these RNAs. Poly-A tail shortening could be thus considered as a parallel event rather than a requirement for RNA degradation. We found that, as predicted by a deadenylation-independent model of RNA degradation, an unstable reporter RNA that is insensitive to NMD, is not stabilized by an inhibition of deadenylation, even if it is highly sensitive to the decapping activity. These results were obtained in a "degron" system for quick and specific depletion of the proteins, which allows a minimal global perturbation of the tested cells. In line with these functional results, we identified unstable RNAs as a population of RNA molecules associated with the poly-A binding protein and conclude that long poly-A tails are a natural feature of unstable RNAs. Our results are consistent with recent large-scale estimates of poly-A tails length and RNA stability and imply that molecular mechanisms involved in the initiation of RNA degradation in eukaryotes remain to be discovered.