Molecular Basis of the Fragile X syndrome :
Identification of a novel FMRP mRNA structure target and establishment of a novel mechanism of action
Bases moléculaires du syndrome de l'X Fragile :
Identification d'un nouvel ARNm cible de FMRP et établissement d'un nouveau mécanisme d'action
Résumé
The Fragile X Syndrome, the most common form of inherited mental retardation, is due to the absence of FMRP (Fragile X Mental Retardation Protein). FMRP is a quasi ubiquitous protein with high expression levels in neurones and spermatogonia. It is endowed of a nuclear localisation signal (NLS), a nuclear export signal (NES), RNA binding motives (KH domains and RGG box). FMRP is thought to shuttle between the nucleus and the cytoplasm where it is associated with active translating polyribosomes. FMRP is also a part of a ribonucleoprotein complex where it interacts with its two homologs FXR1P and FXR2P and is supposed to play several roles in mRNA metabolism.Two RNA structures were found to be bound by FMRP, the G-quartet and the kissing complex structures. Several RNAs were described to be putative targets for FMRP but neither their specific interaction with the latter nor the functional significance of this interaction were investigated.
The principal aim of my thesis was to better understand the molecular functions of FMRP and its involvement in the posttranscriptional regulation of its mRNA targets. The project was achieved by two majors questions :
- Understanding the Influence of FMRP intercators on its affinity for mRNAs
- Searching for novel FMRP RNA structure targets and analysis of the FMRP/RNA interactions.
We were able to show that only the muscular isoform of FXR1P is able to bind specifically the G-quartet structure leading us to conclude that FXR1P acts in a aynergic rather than a compensatory way with FMRP.
In another hand, we demonstrated the specific interaction between FMRP and a novel structure harboured by the Sod1 mRNA that we named SSLIP (Sod1 Stem Loops Interacting with FMRP). SSLIP distribution on polyribosomes is altered in the absence of FMRP leading to a decrease in the Sod1 protein level. Using a reporter system we have shown that FMRP/SSLIP interaction will enhance the translation of the Sod1. These observations lead us to establish a novel mechanism by which FMRP may regulate the translation of its target mRNAs.
The principal aim of my thesis was to better understand the molecular functions of FMRP and its involvement in the posttranscriptional regulation of its mRNA targets. The project was achieved by two majors questions :
- Understanding the Influence of FMRP intercators on its affinity for mRNAs
- Searching for novel FMRP RNA structure targets and analysis of the FMRP/RNA interactions.
We were able to show that only the muscular isoform of FXR1P is able to bind specifically the G-quartet structure leading us to conclude that FXR1P acts in a aynergic rather than a compensatory way with FMRP.
In another hand, we demonstrated the specific interaction between FMRP and a novel structure harboured by the Sod1 mRNA that we named SSLIP (Sod1 Stem Loops Interacting with FMRP). SSLIP distribution on polyribosomes is altered in the absence of FMRP leading to a decrease in the Sod1 protein level. Using a reporter system we have shown that FMRP/SSLIP interaction will enhance the translation of the Sod1. These observations lead us to establish a novel mechanism by which FMRP may regulate the translation of its target mRNAs.
Le syndrome de l'X fragile est la cause la plus fréquente de retard mental héréditaire. Ce syndrome est du à l'absence de la protéine FMRP (Fragile X Mental Retardation Protein). FMRPest exprimée dans de nombreux tissus, et surtout dans les neurones et dans les spermatogonies. Elle possède un signal de localisation nucléaire (NLS), et un signal d'export nucléaire (NES), des motifs de liaison à l'ARN (deux domaines KH et une boîte RGG). La présence d'un NLS et d'un NES suggère que FMRP fasse la navette entre le noyau et le cytoplasme pour le transport de l'ARNm. Bien que la sublocalisation et le rôle de FMRP dans le noyau ne soient pas encore connus, dans le cytoplasme FMRP est associée aux polyribosomes faisant partie d'un complexe ribonucléoprotéique où elle interagit avec ses deux homologues FXR1P et FXR2P. Deux structures de liaison pour FMRP ont été identifiées et caractérisées: le "purine-quartet" et le « kissing complex». Plusieurs ARN ont été identifiés comme cibles potentielles de FMRP. Ces ARN sont derégulés chez les souris Fmr1 nulles, mais la signification fonctionnelle de l'interaction FMRP/ARN reste toujours partiellement connue.
L'objectif principal de ma thèse étant la compréhension du mécanisme d'action de FMRP sur ces ARN cibles, ce projet a été abordé en deux points principaux :
-Recherche de l'influence des protéines qui interagissent avec FMRP sur sa capacité (affinité) à se lier à l'ARN
-Recherche de nouvelles séquences/structures cibles de FMRP et analyse du rôle de l'interaction FMRP/ARN.
Nous avons pu montrer une interaction spécifique uniquement entre l'isoforme musculaire de FXR1P avec la structure de G-quartet. Cela nous a permis d'établir un rôle synergique et non compensatoire de FXR1P sur FMRP.
D'un autre côté, nous avons démontré l'interaction spécifique de FMRP avec une nouvelle structure présente dans l'ARNm de la Sod1 que nous avons appelé SSLIP (Sod1 Stem Loops Interacting with FMRP). La distribution de SSLIP sur les polyribosomes est altérée en absence de FMRP ce qui conduit à une faible expression de la protéine Sod1. En utilisant un système de gène rapporteur, nous avons montré que l'interaction FMRP/SSLIP favorise la traduction de la Sod1 ce qui nous a permis d'établir un nouveau mécanisme d'action de la protéine FMRP sur ces cibles ARN.
L'objectif principal de ma thèse étant la compréhension du mécanisme d'action de FMRP sur ces ARN cibles, ce projet a été abordé en deux points principaux :
-Recherche de l'influence des protéines qui interagissent avec FMRP sur sa capacité (affinité) à se lier à l'ARN
-Recherche de nouvelles séquences/structures cibles de FMRP et analyse du rôle de l'interaction FMRP/ARN.
Nous avons pu montrer une interaction spécifique uniquement entre l'isoforme musculaire de FXR1P avec la structure de G-quartet. Cela nous a permis d'établir un rôle synergique et non compensatoire de FXR1P sur FMRP.
D'un autre côté, nous avons démontré l'interaction spécifique de FMRP avec une nouvelle structure présente dans l'ARNm de la Sod1 que nous avons appelé SSLIP (Sod1 Stem Loops Interacting with FMRP). La distribution de SSLIP sur les polyribosomes est altérée en absence de FMRP ce qui conduit à une faible expression de la protéine Sod1. En utilisant un système de gène rapporteur, nous avons montré que l'interaction FMRP/SSLIP favorise la traduction de la Sod1 ce qui nous a permis d'établir un nouveau mécanisme d'action de la protéine FMRP sur ces cibles ARN.