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Localisation d’ARNm et contrôle de la traduction

                  La localisation d’ARNm est utilisée par divers types de cellules polarisées afin de traduire localement des protéines spécifiques, ce qui permet leur ségrégation dans des endroits précis du cytoplasme.  Ce mécanisme a comme avantage de permettre la génération rapide d’une grande quantité de protéines en un endroit spécifique et possède le potentiel d’une régulation locale de l’expression des protéines.  Le transport et la localisation d’ARNm sont importants dans le développement d’organismes multicellulaires et aussi dans des processus comme la transmission synaptique, la motilité cellulaire et la division asymétrique.

                  La localisation d’ARNm s’effectue à travers l’interaction d’éléments de localisation-cis dans la séquence des ARNm avec la machinerie de localisation.  Cette machinerie est responsable du transport des ARNm aux sites de localisation et permet aussi la régulation de la traduction des transcrits localisés durant leur transport.  Dans mon laboratoire, nous utilisons la levure Saccharomyces cerevisiae, un organisme dans lequel plus d'une vingtaine ARNm sont activement localisés, comme système modèle dans l’étude des mécanismes moléculaires derrière ces processus.

  

                              DAPI         ARNm ASH1       Ash1p         Superposition    Nomarski

Figure 1: Détection de l’ARNm ASH1 localisé au bourgeon par fluorescent in situ hybridization (FISH) (en rouge) et de la protéine Ash1 uniquement dans noyau de la cellule fille (en vert) dans une levure en fin d’anaphase.  On distingue l’accumulation de l’ARNm ASH1 à l’extrémité du bourgeon (*)  et aussi le site de transcription d’ASH1 dans le noyau (flèche).  DAPI : Colorant à ADN.

  

            Plusieurs facteurs agissant en trans impliqués dans la localisation de l’ARNm ASH1 chez la levure ont été identifiés, permettant aux chercheurs de développer un modèle de travail complet de ce mécanisme (Figure 2).  Dans ce modèle, l’ARNm ASH1 est tout d’abord reconnu dans le noyau par des protéines liant l’ARN, notamment She2p qui reconnait les éléments de localisation, ou « zipcodes », dans les transcrits localisés.  Une fois le complexe exporté dans le cytoplasme, la machinerie de localisation s’assemble sur l’ARNm cible en un complexe appelé le « locasome ».  Ce complexe inclus le moteur moléculaire Myo4p et la protéine d’échafaudage She3p.  Ce locasome est transporté vers l’extrémité du bourgeon grâce au cytosquelette d’actine avant d’y être ancré.  Une fois localisé, la protéine Ash1 est traduite au bourgeon et diffuse vers le noyau de la cellule fille.

           

                                  

Figure 2: Modèle pour le transport et la localisation d’ARNm au bourgeon chez la levure.  Image modifiée de Chartrand et al., Annu. Rev. Cell. Dev. Biol., vol. 17. (2001). 

 

Contrôle de la traduction

             Le but de la localisation cytoplasmique des ARNm est de restreindre la traduction de transcrits à un endroit spécifique du cytoplasme.  Afin d’y parvenir, la traduction des ARNm transportés est fréquemment régulée afin d’éviter une expression indésirable de la protéine avant que son ARNm ne puisse atteindre sa destination.  Nous avons récemment montré que Khd1p est un répresseur traductionnel de l’ARNm ASH1 (Figure 3).  Khd1p interagit avec le facteur d’initiation de la traduction eIF4G1 et réprime la traduction de l’ARNm ASH1 via un nouveau mécanisme.  Nous avons aussi montré que l’activation de la traduction de l’ARNm ASH1 a lieu au bourgeon suite à la phosphorylation de Khd1p par la caséine kinase de type 1 Yck1p, une kinase associée à la membrane plasmique, ce qui permet la relâche de l’ARNm ASH1 par Khd1p.  Ces résultats soulignent le rôle de la phosphorylation dans la régulation spatio-temporelle de la traduction d’un transcrit spécifique.

  

Figure 3: Modèle pour la régulation de la traduction de l’ARNm ASH1 par Khd1p.

L’ARNm ASH1 est recruté par le complexe Khd1p-eIF4G1, ce qui réprime sa traduction (1), et s’associe avec la machinerie de localisation (2).  Le complexe RNP obtenu est transporté vers l’extrémité du bourgeon grâce au cytosquelette d’actine (3).  Quand le complexe arrive à destination, Khd1p est phosphorylée par la kinase ancrée à la membrane Yck1p (4), ce qui permet l’activation locale de la traduction de l’ARNm ASH1 (5).  Image prise de Paquin et al., (2007).

 

Notre programme de recherche a pour but d’obtenir une meilleure compréhension des mécanismes moléculaires derrière l’assemblage de la machinerie de localisation sur les transcrits localisés, comment cette machinerie réprime la traduction durant le transport et de quelle façon dont ces processus sont régulés.

 

© Pascal Chartrand 2006-2010