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MicroARN : généralités
ARN non codants
Le génome humain est composé d’environ 3,4 milliards de paires de base, dont seulement 2% conduisent à la synthèse de protéines. Dans les années 80 (Zaug and Cech 1980) émerge l’idée que des ARN non codants (ncARN) jouent un rôle prépondérant dans différents mécanismes cellulaires, notamment la régulation de l’expression génique et le remodelage de l’ADN (Cech and Steitz 2014). Les premiers ncARN décrits furent les ARN ribosomiques et les ARN de transfert. De nombreux autres ncARN, caractérisés par la longueur du transcrit, leur biogenèse et leur fonction, sont impliqués dans différents processus cellulaires, dont par exemple la régulation de l’expression génique ou du remodelage de l’ADN (Figure 1).
Longs ARN non codants
On distingue ainsi les longs ARN non codants (lncARN) de taille très variable et comprenant plus de 200 nucléotides. Cette classe d’ARN non codants est encore mal caractérisée, mais semble intervenir principalement dans la modulation de l’expression des gènes. Ainsi, les lncRNA peuvent favoriser l’interaction de protéines, guider des complexes protéiques vers leurs gènes cibles, séquestrer des protéines ou des microARN et influencer les processus post-transcriptionnels liés aux ARNm, comme la traduction, l’épissage et la dégradation de l’ARN messager (ARNm) (Mathieu et al. 2014). A titre d’exemple, HOTAIR recrute les complexes PRC2 (Polycomb Repressive Complex 2) (Rinn et al. 2007) et LSD1 (Lysine (K)-Specific Demethylase 1A) (Tsai et al. 2010) afin de réprimer la transcription des gènes HOXD (Homeobox D), impliqués dans le développement embryonnaire.
ARN non codants circulaires
Les ARN circulaires (ARNc) sont caractérisés par une boucle formée par une liaison covalente entre les extrémités 3’ et 5’ de l’ARN et ont une taille comprise entre 100 et 4000 nucléotides (Abu and Jamal 2016). La plupart des gènes des ARNc sont situés dans des régions exoniques de gènes codants. Certains ARN circulaires agissent comme des régulateurs de la transcription en cis (Lasda and Parker 2016), d’autres jouent le rôle d’éponges à microARN (Yonghua Chen et al. 2016).
Petits ARN non codants
Parmi les petits ncARN (< 200 nucléotides), les microARN (miARN), les small interferring ARN (siARN) et les piwi-interacting ARN (piARN) interagissent avec les différentes protéines argonautes (protéines se liant à de petits ARN non codants) et régulent ainsi la traduction. Il existe des petits ncARN non régulateurs de la traduction, par exemple les small nucleolar ARN (snoARN), guidant des modifications chimiques des ARN ribosomiques dans le nucléole (Matera, Terns, and Terns 2007).
piARN
Les piARN sont des molécules de 26 à 31 nucléotides caractérisés par une uridine en 5’ et une 2’-O-méthylation en 3’, permettant probablement d’augmenter la stabilité de la molécule. Les piARN sont des éléments centraux du développement des lignées germinales, en particulier chez la drosophile (Ghildiyal and Zamore 2009), en ciblant les transposons. Les piARN joueraient également un rôle de « gardiens du génome» dans les cellules germinales grâce à un système de dégradation des séquences mutées indésirables reconnues par complémentarité parmi un vaste répertoire de piARN (Muller, Raman Pandey, and Pillai 2013). Leur rôle en dehors du développement reste l’objet de débat.
siARN endogènes
Ces petits ARN de 21 nucléotides (orientation sens ou anti-sens) ont une extrémité 3’ modifiée et, contrairement aux miARN et aux piARN, ne présentent pas nécessairement un uracil en début de séquence. Ces molécules ont été plutôt décrites dans le règne végétal et leur fonction est encore mal connue. Néanmoins, certains siARN se complexent avec des ARNm, suggérant qu’une de leurs fonctions est liée à la régulation de l’expression génique (Ghildiyal and Zamore 2009).
miARN
En 1993, deux équipes américaines (R. C. Lee, Feinbaum, and Ambros 1993; Wightman, Ha, and Ruvkun 1993) montrent que l’abondance de la protéine LIN14, impliquée dans le développement de Caenorhabditis Elegans, est régulée par un petit ARN codé par le gène lin-4. En 1998, Fire et Mello mettent en évidence que l’injection d’ARN double brin permet une répression extrêmement efficace de l’ARNm, contrairement à des molécules simple brin dont l’effet est modeste et aléatoire. Cette découverte suggérant qu’un processus intra-cellulaire permet d’optimiser l’action des ARN interférence (Fire et al. 1998) sera récompensée par le prix Nobel de médecine en 2006. Cependant, il faut attendre 2000 pour qu’un autre petit ARN très conservé entre les espèces, let-7, soit mis en évidence, validant ainsi le concept d’une régulation de l’expression génique par de petits ARN non codants endogènes (Pasquinelli 2012).
Les miARN sont des ncARN d’environ 22 nucléotides, conservés entre les espèces, impliqués dans la régulation post-transcriptionnelle de l’expression génique. Actuellement, environ 2600 miARN matures sont identifiés chez l’homme ( version 21), régulant près de 60 % des transcrits (R. C. Friedman et al. 2008). Les miARN sont impliqués dans la majorité des processus physiologiques, tel le développement embryonnaire, le maintien de l’homéostasie cellulaire ou la différenciation cellulaire (Bartel 2009). Les miARN sont également impliqués dans l’immense majorité des processus pathologiques, au premier rang desquels, les néoplasies (Croce and Calin 2005), les pathologies cardio-vasculaires (Small and Olson 2011), les maladies génétiques (Mendell and Olson 2012) et les pathologies neuro-développementales ou psychiatriques (Im and Kenny 2012).
Biogenèse et régulation des microARN
Biogenèse des miARN
Transcription
Environ 40% des gènes codants pour les miARN sont situés dans les régions introniques de gènes codants pour des protéines (Baskerville 2005) et 60% sont situés dans des régions intergéniques. Parfois, des gènes de miARN très proches constituent une unité de transcription polycistronique (Y. Lee et al. 2002). La transcription des miARN est la plupart du temps concomitante du gène dans lequel ils se situent, mais certains d’entre eux possèdent parfois leur propre promoteur (Baskerville 2005). Leur biogenèse et leur maturation sont schématisées dans la Figure 2 (Ha and Kim 2014). Les gènes des microARN sont transcrits par l’ARN polymérase II en longs transcrits primaires (pri-miARN) de plus de 1000 nucléotides. Les pri-miARN ont une structure en épingle à cheveux (ou tige-boucle) avec une tige d’environ 33 paires de bases imparfaitement appariées, une extrémité 5’ comprenant une coiffe méthyl-7- guanine et une queue polyadénylée à l’extrémité 3’ (X. Cai 2004).
Maturation nucléaire
Les pri-miARN sont clivés par un complexe protéique comprenant Drosha, une RNase III de type endonucléase clivant les ARN double brin. Cette enzyme possède un site de recrutement pour son co-facteur indispensable, DGCR8 (Di George Syndrom Critical Region 8), qui permet la fixation de l’ARN double brin au sein du complexe (Han 2004; Denli et al. 2004). Ceci aboutit ainsi à la formation d’un pré-miARN en tige-boucle de 60 à 80 nucléotides caractérisé par 2 nucléotides « flottants », non appariés à l’extrémité 3’, dits « 3’ overhang », signant le clivage par la RNase de type III. Le prémiARN est reconnu par l’exportine 5 grâce aux 2 nucléotides « 3’ overhang » et est exporté dans le cytoplasme (Okada et al. 2009). La protéine RAN-GTPase (RAs related Nuclear protein – Guanosine Tri Phosphatase) associée permet la libération du prémiARN grâce à l’énergie libérée par l’hydrolyse de la GTP en GDP (Lund et al. 2004).
Maturation cytoplasmique
Les pré-miARN sont reconnus dans le cytoplasme grâce à leur extrémité « 3’ overhang » par Dicer, une RNase de type III, associée à une protéine de liaison à l’ARN, TRBP (Tar-RNA binding protein) (Bernstein et al. 2003). Le domaine PAZ (PIWI-AGOZWILLE) permet la reconnaissance et le positionnement de Dicer, puis le domaine RNAse III excise la boucle du pré-miARN, générant un duplex de miARN de 22 nucléotides (J.-E. Park et al. 2011, 201). L’association avec une protéine Argonaute (AGO 1 à 4) permet la dissociation du complexe (Su et al. 2009). Le brin passager (miARN*) est alors clivé et relargué dans le cytoplasme pour être dégradé (Xuhang Liu et al. 2012). Parfois les 2 brins conduisent à un miARN mature, ils sont alors identifiés par le suffixe – 3p ou -5p selon qu’ils proviennent de l’extrémité 3‘ ou 5’ de leur précurseur. Le brin guide, ou microARN mature, persiste au sein du complexe protéique nommé RISC (RNAInduced Silencing Complex) (Stefanie Jonas and Izaurralde 2015).
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Table des matières
INTRODUCTION
I. MicroARN : généralités
1) ARN non codants
a. Longs ARN non codants
b. ARN non codants circulaires
c. Petits ARN non codants
2) Biogenèse et régulation des microARN
a. Biogenèse des miARN
b. Régulation
3) Mécanismes d’action des miARN
a. Mécanisme intra-cellulaire
b. miARN circulants
II. miR-21 en physiologie et pathologie rénale
1) Biogenèse et contrôle de l’expression de miR-21
a. Localisation et caractéristiques du gène
b. Régulation
c. Expression de miR-21 en situation physiologique et pathologique
2) Implication de miR-21 en physiologie rénale
a. Expression rénale de miR-21
b. Développement rénal
c. Régénération rénale : l’exemple de Nothobranchius Furzeri
3) miR-21 au cours d’une agression rénale
a. miR-21 en pathologie rénale humaine
b. miR-21 dans les modèles animaux de pathologie rénale
4) Cibles de miR-21
a. Techniques d’analyse des cibles de miR-21
b. Cibles de miR-21
TRAVAUX PERSONNELS
I. Objectifs des travaux
II. Implication de miR-21 dans la fibrose au cours de la néphropathie à IgA
1) Contexte
a. Néphropathie à IgA
b. Fibrose rénale
c. MicroARN dans la néphropathie à IgA
d. Objectifs des travaux
2) Travaux
a. Communications affichées
b. Publication
3) Discussion
III. Implication de miR-21 au cours de l’insuffisance rénale aiguë : modèle de la toxicité tubulaire du cisplatine
1) Contexte
a. Cisplatine
b. miARN et cisplatine
2) Rôle de miR-21 dans la néphrotoxicité du cisplatine : travaux non publiés
c. Matériel et méthodes
d. Résultats
3) Discussion
DISCUSSION
I. miR-21, un biomarqueur diagnostique et pronostique pertinent ?
II. Potentiel thérapeutique de miR-21
CONCLUSION
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