ARN non codant, épigénétique et fluidité des génomes

Fig 1. The destiny of aslncRNAs in yeast. A cytoplasmic aslncRNA can associate with its paired-sense mRNA to form an RNA:RNA duplex (1), that can be subsequently dissociated by RNA helicases. Alternatively, the aslncRNA can be directly bound by ribosomes, translated and targeted to Xrn1 through the NMD (2). The checkpoints dictating the fate of this aslncRNA and the competition between duplex formation and translation remain to be defined.

La transcription ‘pervasive’ des génomes produit des milliers de longs ARN non codants, y compris des transcrits ‘antisense’ (ARNas) synthétisés à partir du brin opposé aux gènes codant des protéines. Malgré leur potentiel régulateur, les ARNas restent peu caractérisés à ce jour. Ceci est sans doute lié à leur faible abondance dans la cellule, étant massivement dégradés par des machineries de dégradation des ARN nucléaires et cytoplasmiques. Nos travaux récents chez la levure ont révélé que les ARNas cytoplasmiques sont principalement ciblés par le Nonsense-Mediated Decay (NMD), une voie de dégradation des ARN dépendant de la traduction et qui est connue pour dégrader des ARNm anormaux contenant un codon de terminaison de la traduction prématuré, suggérant que les ARNas sont traduits. Par ailleurs, les ARNas peuvent former des structures ARN double brin avec leurs ARNm ‘sens’, et ceci module leur sensibilité au NMD, ce qui indique que la dynamique d’appariement est cruciale pour le contrôle de leur dégradation/expression. Cependant, la généralisation de ces structures et les mécanismes régulateurs orientant vers leur traduction/dégradation ou appariement/stabilisation restent inconnus (Fig 1). Notre projet vise à caractériser :

-  le contrôle traductionnel du transcriptome non codant de la levure, et ses produits (peptides dérivés de longs ARN non codants) ;

- l’hétérogénéité de l’expression et des interactions ARNm/ARNas à l’échelle de la cellule unique ;

- l’impact de ces structures sur le métabolisme post-transcriptionnel de ces ARN.

Figure 2: LncRNA in cancer biology

Le séquençage à haut débit de l'ARN total chez l'homme a produit des catalogues de longs ARN non codant (lncARN) dont le nombre dépasse aujourd'hui celui des gènes codant pour les protéines atteignant plus de 100 000 transcrits selon LNCipedia (Volders, 2015). Il a été démontré qu'un nombre croissant de lncARN accomplissent une remarquable diversité de fonctions biologiques, notamment la régulation de l'expression des gènes, le maintien de l'intégrité et de la stabilité du génome, contribuant ainsi au développement normal et pathologique à l’échelle de la cellule et de l’organisme. Il est important de noter que l'expression des lncARN est étroitement régulée et souvent perturbée dans les cancers, mettant en évidence non seulement des spécificités aux différents types de cancer, mais également une large hétérogénéité intratumorale. Toutes ces caractéristiques font des lncARN des candidats intéressants pour étudier leur rôle dans la plasticité cellulaire et la communication de cellule à cellule au cours de l'initiation, de la progression et de la réponse au traitement du cancer.

Nous visons à identifier de nouveaux lncARN associés à différents types de cancers en appliquant des approches de séquençage total de l’ARN ainsi que des analyses informatiques originales d'échantillons cliniques (cancer de la prostate, cancer du sein triple négatif). En plus du séquençage de l'ARN en masse des tumeurs solides, nous effectuons une large analyse du transcriptome des vésicules extracellulaires (EV) dérivées de l'urine et du sang pour définir les espèces d'ARN sécrétées par les tumeurs avec un rôle possible dans la communication de cellule à cellule et le remodelage du microenvironnement tumoral. Les lncARNs récemment découverts sont étudiés pour leurs partenaires protéiques et leur fonction à l'aide de divers systèmes cellulaires in vitro et outils génétiques (CRISPR, ASO, outils siRNA). En appliquant les approches ARN-FISH et CUT&RUN à molécule unique, nous visons à déchiffrer les mécanismes d'action moléculaires des lncARNs en mettant l'accent sur la reprogrammation épigénétique et transcriptomique des cellules en réponse aux altérations de leur expression.

Figure 3: RNA biomarkers in extracellular vesicles

Les vésicules extracellulaires (VEs), telles que les exosomes, les microvésicules ou les oncosomes, sont des vésicules dérivées des membranes cellulaires, sécrétées dans le milieu extracellulaire et produites par tous les types de cellules. Les VEs sont transportent différents répertoires de protéines, de lipides, de métabolites et d'acides nucléiques (ADN et ARN), et leur cargaison est contrôlée par un tri moléculaire spécifiques. Les VEs provenant de cellules tumorales peuvent circuler dans des fluides tels que le plasma et l'urine et peuvent véhiculer des biomarqueurs protégés d'une éventuelle dégradation par les nucléases, les protéases ou d'autres facteurs de stress environnementaux. Par conséquent, les VEs peuvent être d’excellents produits pour aider à mieux comprendre la biologie du cancer et pour découvrir de nouveaux biomarqueurs pour le diagnostic et le pronostic des cancers ainsi que pour des options thérapeutiques.

Pour définir de nouveaux biomarqueurs ARN pour le pronostic du cancer de la prostate, nous analysons le transcriptome complet des vésicules extracellulaires urinaires et sanguines de patients sains ou atteints d'un cancer de la prostate et le comparons avec le transcriptome des tissus tumoraux de la prostate. Enfin, nous orientons de futures études fonctionnelles concernant des biomarqueurs sélectionnés à partir des VEs de patients en utilisant des lignées cellulaires de la prostate qui produisent des VEs portant ces biomarqueurs.

Projets actuels:

1. Comparaison du trancriptome des VEs urinaires et des cellules tumorales de patients atteints de cancer de la prostate.
2. Pertinence clinique des vésicules extracellulaires (VEs) dérivées de l'urine et du sang pour définir des biomarqueurs d'ARN pour le pronostic non invasif du cancer de la prostate.