ARN messagers et développement: les protéines PIWI dans la traduction

Au cours de la dernière décennie, les piRNAs (PIWI-interacting RNAs), des petits ARN non-codants d'un nouveau type, se sont imposés comme des régulateurs essentiels de l'expression génique. Identifiés au départ en tant que répresseurs spécifiques des éléments transposables, les piRNAs s'associent par complémentarité à leurs ARN messagers (ARNm) cibles pour les réprimer. Les piRNAs interagissent étroitement avec les protéines PIWI qui sont ainsi recrutées sur les ARNm cibles. Ces sont les protéines PIWI qui assurent la régulation des ARNm, soit directement grâce à leur activité endonucléase, soit en recrutant d'autres facteurs.

Une partie importante des piRNAs est générée à partir de séquences d'éléments transposables et cible donc les ARNm d'éléments transposables. Cependant les piRNAs peuvent aussi cibler les ARNm de gènes malgré une plus faible complémentarité de séquence nucléique, conduisant à la régulation de ces ARNm par d'autres mécanismes. Mises en évidence tout d'abord dans l'embryon de drosophile, ces régulations d'ARNm cellulaires par les piRNAs ont ensuite été décrites dans de nombreux contextes développementaux et dans différentes espèces. Ainsi ces régulations jouent un rôle dans la dégradation d'ARNm maternels et le développement embryonnaire chez la drosophile, dans la dégradation massive d'ARNm au cours de la spermatogenèse chez la souris et dans le déterminisme du sexe chez le ver à soie Bombyx mori et le nématode Caenorhabditis elegans.

Ces régulations d'ARNm cellulaires par les piRNAs s'opèrent au niveau de leur stabilité, l'association avec les piRNAs et les protéines PIWI conduisant à la dégradation des ARNm cibles. Dans cette étude, les chercheurs identifient un nouveau mode d'action des protéines PIWI. En utilisant comme paradigme l'ARNm nanos qui code une protéine essentielle au développement des structures postérieures de l'embryon de drosophile, l'équipe montre que les piRNAs ciblant nanos ainsi que la protéine PIWI associée, Aubergine (Aub), sont nécessaires à l'activation traductionnelle de nanos. Aub agit au niveau de l'initiation de la traduction et recrute les facteurs d'initiation de la traduction Poly(A) binding protein (PABP), eIF3 et eIF4E. De façon intéressante, la traduction de l'ARNm nanos est associée à sa localisation dans des granules ribonucléoprotéiques spécifiques appelés granules germinaux, qui sont nécessaires à la spécification des cellules germinales. Aub est un composant majeur des granules germinaux dans lesquels elle colocalise avec l'ARNm nanos. L'étude montre que les facteurs d'initiation de la traduction PABP et eIF3d s'associent avec Aub à la périphérie des granules germinaux, suggérant une régulation spatiale de la traduction qui serait activée à la périphérie des granules germinaux.

Une étude concomitante vient de montrer un rôle similaire de la protéine PIWI murine, Miwi dans l'activation traductionnelle d'ARNm au cours de la spermiogenèse chez la souris (Dai et al. Cell 2019 Dec 12; 179: 1566-1581). Miwi s'associe aussi aux facteurs d'initiation de la traduction PABP et eIF3, démontrant un niveau de conservation frappant de cette régulation par les protéines PIWI. Les piRNAs et les protéines PIWI sont retrouvés dans différents types de cellules souches adultes et sont dérégulés dans de nombreux cancers. Ces travaux apportent un nouvel éclairage sur l'importance et la multiplicité des modes d'action des piRNAs et protéines PIWI dans la régulation des ARNm et ouvrent la voie aux études visant à comprendre leurs fonctions dans la biologie des cellules souches et la cancérogenèse.

Pour en savoir plus:

The PIWI protein Aubergine recruits eIF3 to activate translation in the germ plasm
Ramat A, Garcia-Silva MR, Jahan C, Naït-Saïdi R, Dufourt J, Garret C, Chartier A, Cremaschi J, Patel V, Decourcelle M, Bastide A,  François Juge F, Simonelig M.
Cell Research 4 mars 2020 . doi.org/10.1038/s41422-020-0294-9