Translational regulation during the differentiation and cellular stress
Régulateurs traductionnels de l'expression génique de la différenciation et du stress cellulaire
Résumé
In cell, gene expression can be modified depending on the cellular microenvironment. Regulation of gene expression occurs at different levels, ranging from the transcription of the DNA to the mRNA. Among the post- transcriptional regulation, the control of translation plays a crucial role. In particular, the translational regulation occurs in response to different stimuli such as cell differentiation or cell stress. In stress condition, the canonical cap-dependent translation is blocked, excepted some mRNAs that are translated by alternative mechanisms. One of these mechanisms involves the structural elements of the mRNAs, the IRES (Internal Ribosome Entry Sites). The IRES activation involves some factors called ITAFs (IRES trans-acting factors), which allow the internal recruitement of ribosomes to initiate translation. My thesis is to study the mechanisms of IRES-dependent translation regulation in response to different stimuli, and to identify ITAFs responsible for this regulation. In the first part of my project, we have shown that the translation controlled by the FGF1 mRNA IRES is activated. This activation depends on its own promoter during the early phase of murine myoblast differentiation. Through biomolecular interaction analysis technology by surface plasmon resonance coupled to mass spectrometry (BIA/MS), we identified two proteins, p54nrb/NONO and hnRNPM bound both to the IRES and the FGF1gene promoter. These two proteins are both ITAFs activators of IRES and activators of FGF1 promoter transcription, resulting in a coupling of transcription and translation responsible for the induction of the FGF1 expression during myoblast differentiation. In the second part of this thesis, we demonstrated the existence of an IRES within the VEGFD mRNA. This IRES is activated by heat shock in mammary murine carcinoma. BIA/MS technology has enabled us to identify nucleolin as ITAF responsible for this activation. SHAPE experiments revealed the presence of two alternative structures of VEGFD IRES. According to our results, the heat shock induced the relocation of nucleolin from the nucleus to the cytoplasm, suggesting its binding to the mRNA in the cytoplasm could stabilize the conformation of the mRNA VEGFD IRES and activate its translation. The third part of my thesis focused on translational regulation of lymphangiogenic and angiogenic genes into cardiomyocytes in hypoxic conditions. The data obtained by the semi-global approach Fluidigm indicate that only few genes are induced at the transcriptional level, while the majority of them, especially those which have the mRNA IRES, are activated at translational level in hypoxic cardiomyocytes. I have also shown that the mRNA IRES of factors (lymph)angiogenic VEGF and FGF are activated during early hypoxia. Through Technology BIA/MS, I identified a specific hypoxic ITAF of FGF1 IRES in cardiomyocytes: it is the vasohibin - 1 protein involved in angiogenesis and stress tolerance. So, my thesis has enabled to make progress in understanding the mechanisms of IRES-dependent translation regulation. In addition, I have demonstrated that in cardiomyocytes during hypoxia the gene expression is surprisingly regulated at translational level. My work led to the identification of several molecular actors responsible for the regulation of mRNA (lymph)angiogenic factors translation, which could play a key role in ischemic pathologies and in cancer, and provide new targets therapeutic.
La cellule est susceptible de modifier l'expression de ces gènes en fonction de son environnement. Dans les cellules eucaryotes, la régulation de l'expression de ces gènes se présente dans plusieurs étapes. Cette régulation peut intervenir dès la transcription de l'ADN jusqu'au devenir des transcrits. La régulation post-transcriptionnelle tient un rôle déterminant dans la synthèse protéique. Elle regroupe l'ensemble des contrôles qui s'exercent sur les transcrits. Cette régulation est induite en réponse à différents stimuli comme la différenciation ou lors de stress cellulaires. En situation de stress, la traduction canonique dépendante de la coiffe est bloquée, à l'exception de certains ARNm essentiels pour assurer la survie des cellules. De ce fait, les cellules mettent en place un mécanisme alternatif afin de continuer la traduction. Un des mécanismes de traduction, implique le site d'entrée interne du ribosome ou IRES (Internal Ribosome Entry Site). L'IRES est une séquence en structure secondaire dans la partie 5' non-traduite de certains ARNm. Il existe des facteurs responsables de leur activation appelés ITAF ou IRES-transacting factor, permettant le recrutement des ribosomes pour initier la traduction. Les protéines pouvant se lier aux ARN sont les acteurs majeurs de l'activation des IRES. Mon travail de thèse est d'étudier les régulateurs post-transcriptionnels en réponse à différents stimuli par le biais de la traduction IRES-dépendante. Dans la première partie de mon projet, nous avons montré la régulation de la traduction via l'activation de l'IRES du FGF1 et ce de manière promoteur-dépendante au cours de la différenciation des myoblastes. Grâce à la technique de résonance plasmonique de surface (SPR) nous avons découvert deux protéines p54nrb/NONO et hnRNPM en tant qu'ITAF capables de former un complexe pour activer l'IRES du FGF1 durant la différenciation des myoblastes. Dans la deuxième partie de ma thèse, nous avons démontré l'existence de l'IRES du VEGFD durant un choc thermique dans les cellules cancéreuses. Nous avons aussi découvert que cette activation est médiée par un ITAF qui est la nucléoline, jamais démontrée auparavant comme ITAF de l'IRES du VEGFD. D'après nos résultats, le stress thermique induit la délocalisation de la nucléoline du noyau vers le cytoplasme pour changer la conformation de l'IRES du VEGFD afin de continuer sa traduction. Dans la troisième partie de mon projet, j'ai étudié de manière générale la régulation des gènes angiogéniques et lymphangiogéniques. L'ensemble des données montre que ces gènes sont majoritairement régulés au niveau traductionnel dans les cardiomyocytes en condition hypoxique. En étudiant les IRES angiogéniques et lymphangiogéniques, nos résultats montrent l'activation de ces IRES à différents temps au cours de l'hypoxie précoce. Dans la même condition, nous avons découvert la protéine vasohibin-1 comme ITAF hypoxique et spécifique de l'IRES du FGF1 dans les cardiomyocytes. En conclusion, nous avons découvert différents ITAF spécifiques à un IRES et en fonction du stress. P54nrb/NONO, hnRNPM sont des ITAF de l'IRES du FGF1 durant la différenciation cellulaire et la vasohibine-1 en hypoxie dans les cardiomyocytes. La nucléoline permet d'activer un IRES du VEGFD en réponse au choc thermique.
Origine : Version validée par le jury (STAR)
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