Non-coding RNAs Flashcards
ARN non codant
Molécule d’ARN fonctionnelle qui est transcrite mais pas traduite en protéine
mRNA
ARN messager
Code pour une protéine
Séquences “utiles”
Correspondent aux gènes
Environ 10-20% du génome / exons
Environ 1.5-2% du génome
Séquences intergéniques (“inutiles”)
Environ 80-90% du génome
ncRNA
Des analyses génomiques (transcriptome) à grande échelle ont mis en évidence l’existence d’une multitude d’ARN non-codants (ncRNA)
Au moins 70% du génome humain peut être transcrit
D’une totalité de app 180 000 ARNs transcrits, app 30 000 encodent de protéines
App 150 000 ARN sont de long non-coding RNAs (lncRNAs)
Le génome humain peut coder de 400 à 600 miRNA (micro ARNs)
On pensait que ces ncRNAs étaient du bruit de fond transcriptionnel généré par liaison aléatoire de l’ARN Polymérase à des séquences d’ADN ressemblantes à des promoteurs
ncRNAs qui régulent l’expression des gènes
miRNA, siRNA, lncRNA
miRNA, siRNA, lncRNA: rôles
- Régulent l’expression des gènes au niveau transcriptionnel, post-transcriptionnel et l’épissage du pré-ARNm
- Participent à la formation d’hétérochromatine, la modification d’histones, ciblage de la méthylation et silençage de gènes
- Impliqués dans diverses pathologies (cancer)
lncRNA et miRNA dans l’épigénétique
- Changements dans l’expression de gènes ou phénotypes sans changements de la séquence d’ADN
- Les mécanismes épigénétiques ont un rôle important dans l’établissement et maintien de types cellulaires
iRNA
Processus biologique dans lequel des molécules d’ARN inhibent l’expression ou la traduction des gènes en neutralisant les molécules d’ARNm ciblées
iRNA: rôle
- Défense des cellules contre les séquences nucléotidiques parasites - virus et transposons
- Applications en recherche et dans des approches thérapeutiques
siRNA synthétiques introduits dans les cellules
Peuvent inhiber de manière sélective et robuste l’expression de gènes d’intérêt spécifiques
miRNA
Petite molécule de ncRNA d’environ 22 nucléotides qui se trouvent chez les plantes, les animaux (abondants dans de nombreux types de cellules de mammifères) et certains virus
miRNA: fonctions
- Régulation post-transcriptionnelle de l’expression génique
- Fonctionnent via l’appariement de bases avec des séquences complémentaires au sein de molécules d’ARNm cibles
- Molécules d’ARNm ciblés par les miRNA sont silenciées par un ou plusieurs des processus suivants: clivage du brin d’ARNm en deux morceaux, déstabilisation de l’ARNm par clivage de sa queue polyA, réduction de l’efficacité de traduction de l’ARNm en protéines
miRNA dans les gènes humains
Semblent cibler environ 60% des gènes humains
La plupart de ces miRNA sont conservés entre les espèces et ont des fonctions importantes - peut les étudier chez la souris pour comprendre leur fonctions chez l’humain
Transcription des gènes de mirna
Transcrits par l’ARN polymérase II
Modification des transcrits
D’abord coiffé, polyadénylé et épissé
Pri-miRNA
- Transcrit précurseur contenant un ou plusieurs miRNA
- Un seul pri-miRNA peut contenir 1-6 pré-miRNA
Pré-miRNA
- Précurseur de miRNA
- Structure en tige-boucle (épingle à cheveux) composées d’environ 70-80 nucléotides
DGCR8
Protéine nucléaire qui reconnait une structure à ARN double brin des épingles à cheveux dans un pri-miRNA chez les vertébrés
Pasha
Protéine nucléaire qui reconnait une structure à ARN double brin des épingles à cheveux dans un pri-miRNA chez les invertébrés
Microprocesseur
DGCR8 (Pash) et l’enzyme Drosha forment le complexe
Activité enzymatique de Drosha
Découpe les pré-miRNA à partir du pri-miRNA
Cropping
Drosha libère les pré-miRNA (épingles à cheveux) des pri-miRNA à la base en épingle à cheveux
Produit résultant du cropping
Pré-miRNA a deux nucléotides non-appariés à son extrémité 3’
Export des pré-miRNA
Pré-miRNA sont exportées par Exportin-5, qui reconnaît les 2 nucléotides laissés à l’extrémité 3’ par Drosha
Énergie pour le transport
Le transport par l’exportine-5 vers le cytoplasme est dépendant de l’énergie, du GTP lié à la protéine Ran (Ran-GTP)
Dicing
Dans le cytoplasme, l’épingle à cheveux pré- miRNA est processé par Dicer
Dicer
Endoribonucléase qui coupe la boucle reliant les bras de l’épingle à cheveux et donnant un duplex miARN:miARN* imparfait d’environ 22 nucléotides de long
Brin guide
miRNA
Brin passager
miRNA*
Ago
Argonaute choisit un seul brin seulement, le brin guide (miRNA)
RISC
Complexe de silencing induit/complexe miRNA ribonucléoprotéine (miRNP) formé par l’ARN formé par le brin guide avec Ago et d’autres protéines dans lequel le miRNA mature et sa cible d’ARNm interagissent
Rôle de l’argonaute dans le RISC
Ago lie le miRNA mature et le guide pour une interaction avec un ARNm cible
Mécanismes d’action des miRNAs
1) Panel de gauche: appariement étendu (parfait)
2) Panel de droite: appariement pas extensif (parfait ou partiel)
Slicing
Si l’appariement entre miRNA et le mRNA est étendu (presque parfait), le mRNA cible est clivé puis dégradé
Ago2 humaine
Argonautes qui clivent directement les mRNAs cibles
Panel de droite
- Si l’appariement de bases n’est pas extensif, Ago ne slice pas, la traduction est inhibée (partiel), le mRNA déstabilisé
- Les mRNAs sont séquestrés dans des structures cytosoliques dites P-bodies (Processing bodies) où a lieu la dégradation des mRNAs
P-bodies
Structures dynamiques contenant l’enzyme Dcp1 (Decaping enzyme) ainsi que des enzymes de dégradation des mRNAs
Autres mécanismes d’action
3) Les miRNA partiellement complémentaires peuvent inhiber l’initiation de la traduction de l’ARNm cible en se liant au début du ARNm
4) Des miRNA partiellement complémentaires peuvent également accélérer la déadénylation entraînant la dégradation précoce des ARNm
Les miRNA provoquent parfois aussi la
modification d’histones et la méthylation de l’ADN des sites promoteurs, ce qui affecte l’expression des gènes cibles
miRNA circulants/extracellulaires
- miRNA qui sont dans un environnement extracellulaire, notamment dans divers fluides biologiques et milieux de culture cellulaire (majorité des miRNA sont intracellulaires)
lncRNA
Long non-coding RNAs
Transcrits de plus de 200 nucléotides qui ne codent pas pour des protéines (transcrits et matures comme les mRNA codants pour des protéines mais pas traduits)
lncRNA: définition arbitraire
Permet de distinguer les lncRNA des petits ARN régulateurs, tels que les miRNA et les autres petits ARN nucléaires
lncRNA: expression
- Exprimés plus faiblement que les gènes codants pour des protéines
- Leur expression est remarquablement spécifique dans certains tissus
- Sont généralement plus enrichis dans le noyau
- Montrent une plus faible conservation de séquence, bien que certains d’entre eux soient fortement conservés
Gènes de lncRNA
Définis par leur position relative aux gènes codants qui sont situés à leur proximité
lncRNA intergéniques
lncRNA localisés dans une région entre gènes
lncRNA antisens
lncRNA transcrits dans la direction opposée d’un gène codant et dont la séquence chevauche en partie ou totalement le gène codant lui étant associé
lncRNA introniques
lncRNA contenus dans un intron d’un gène codant
lncRNA divergents
Transcrits de façon divergente au promoteur d’un gène codant
Régulation de l’expression génique par les lncRNA
Les lncRNA peuvent contrôler l’expression des gènes:
1) Voisins (en cis, action locale)
2) Indépendamment de la localisation de leurs gènes cibles (en trans, action distale)
Ce contrôle peut avoir un impact positif ou négatif sur l’expression des gènes cibles (répression ou activation)
Rôles des lncRNAs
Agissent à travers divers mécanismes pour réguler l’expression des gènes codants
- Dirigent des modificateurs de la chromatine vers des gènes cibles spécifiques
- Déplacent des régulateurs de l’expression (activateurs ou répresseurs) des séquences régulatrices de l’expression
- Entrent en compétition avec des miRNA et protègent des ARN messagers de la dégradation par ces miRNA (fonction éponge)
- Modulent des évènements d’épissage et interfèrent avec la traduction
- Promeuvent l’association à des séquences amplificatrices et promotrices pour initier la transcription
