Des corpuscules du noyau de la cellule font rythmer l’expression des gènes sur 24 heures

Pour s’adapter à l’alternance quotidienne de jour et de nuit, tous les organismes ont développé une rythmicité de leurs fonctions sur 24 heures. Au niveau cellulaire, de nombreux gènes suivent une telle rythmicité dont les mécanismes restent méconnus. L’équipe d’Anne-Marie François-Bellan au Centre de recherche en neurobiologie- neurophysiologie de Marseille révèle l’implication dans cette expression rythmique de corpuscules nucléaires dont le nombre varie au cours de 24 heures et le ciblage thérapeutique pourrait permettre de contrôler les pathologies associées à des dysfonctionnements rythmiques. Cette étude est publiée dans la revue eLife.

L’adaptation aux contraintes d’un environnement en évolution permanente impose aux êtres vivants des fluctuations rythmiques de leurs paramètres biologiques. Ces fluctuations concernent une multitude de processus, depuis le métabolisme cellulaire jusqu’aux activités comportementales et physiologiques y compris la température corporelle, la pression sanguine et les taux d’hormones. Les recherches en chronobiologie ont permis de montrer à quel point cette rythmicité, et en particulier sa composante dite « circadienne » pour exprimer le fait qu’elle se manifeste sur une base proche de 24h, est une composante essentielle de cette adaptation des êtres vivants. C’est vraisemblablement parce qu’ils jouent un rôle primordial en tant que mécanismes adaptatifs indispensables à la survie que le dérèglement des rythmes circadiens est associé à de nombreuses pathologies dont les plus étudiées sont les pathologies hormonales et métaboliques, cardiovasculaires, neuropsychiatriques et les cancers slimming tablets.
La rythmicité de bon nombre de fonctions biologiques repose en partie sur la rythmicité d’expression d’ARNm au sein de la cellule. On sait aujourd’hui, contrairement aux idées  initiales, que la rythmicité de la majorité des ARNm ne repose pas sur une transcription rythmique. Il est en effet récemment apparu que si jusqu’à 20% des gènes exprimés dans un organe présentent un profil rythmique, seulement 20% des ARNm rythmiques sont contrôlés au niveau transcriptionnel. Un des enjeux actuels en chronobiologie est la recherche de ces mécanismes largement méconnus qui s’exercent après la transcription et sont impliqués dans la régulation des rythmes circadiens.
L’équipe d’Anne-Marie François-Bellan a caractérisé un de ces mécanismes post-transcriptionnels qui permet l’expression rythmique d’ARNm dans des cellules de l’hypophyse. Ce mécanisme implique un long ARN non-codant, Neat1 (Nuclear-Enriched Abundant Transcript 1) dont l’expression rythmique a pu être mise en évidence non seulement dans les cellules hypophysaires mais également dans de nombreux autres oscillateurs circadiens ainsi que dans l’horloge hypothalamique circadienne. Ce long ARN non-codant sert de matrice d’assemblage pour  des protéines de liaison aux ARN, l’ensemble formant des corpuscules nucléaires appelés paraspeckles. Les chercheurs ont montré que tous les composants des paraspeckles ainsi que le nombre des paraspeckles, présentent une rythmicité circadienne d’expression et d’association à l’intérieur des cellules hypophysaires.
Bien que leur fonction soit largement méconnue, on sait que ces paraspeckles peuvent entrainer une rétention nucléaire d’ARNm lorsque ceux-ci présentent dans leur région 3’UTR des séquences répétées et inversées de type Alu (IRAlu), ce qui empêche leur export cytoplasmique et permet le contrôle de leur niveau d’expression. Les chercheurs ont alors émis l’hypothèse selon laquelle la rythmicité du nombre de ces corps nucléaires pourrait permettre la rythmicité circadienne des ARNm qu’ils retiennent dans le noyau. De fait, ils ont montré que l’insertion d’une séquence IRAlu dans la région 3’UTR du gène rapporteur egfp, induit une rétention nucléaire rythmique de l’ARNm egfp. Cette rétention est abolie après destruction des paraspeckles par des siRNA ou des oligonucléotides antisens de Neat1. Par vidéo microscopie en temps réel, ils ont montré que cette séquence IRAlu en 3’UTR de l’egfp entraîne une expression cytoplasmique rythmique de la protéine EGFP. Grâce à une technique de précipitation spécifique de l’ARN Neat1, ils ont isolé et, après séquençage haut débit, identifié l’ensemble des ARNm associés à Neat1. A partir d’exemples d’ARNm sélectionnés dans cette liste, ils ont montré que les ARNm associés à Neat1 présentent une rétention nucléaire rythmique abolie après destruction des paraspeckles.
Ces résultats montrent que les paraspeckles, grâce à leur expression circadienne, peuvent contrôler la rythmicité circadienne d’expression des ARNm qui leur sont associés et permettent de proposer un nouveau mécanisme post-transcriptionnel original impliqué dans le fonctionnement du système circadien.
Le ciblage thérapeutique des paraspeckles pourrait être à la base de nouvelles stratégies permettant de contrôler les rythmes circadiens, avec l’objectif d’améliorer les situations, en pathologique humaine, qui sont associées à un dysfonctionnement de la rythmicité des fonctions, en particulier des fonctions hormonales. Outre le décryptage d’un mécanisme post-transcriptionnel impliqué dans la régulation circadienne de l’expression de gènes, une problématique ancrée dans le domaine de la chronobiologie, cette étude, dans le domaine de l’endocrinologie fondamentale et/ou clinique, permet d’attribuer un rôle, dans la physiologie et la pathologie de l’hypophyse, à ce long ARN non-codant, Neat1, dont les fonctions demeurent énigmatiques.

Ce travail a bénéficié d’un prix de recherche Pfizer-Société Française d’Endocrinologie

Figure : Structure des paraspeckles et implication fonctionnelle dans l’expression rythmique d’ARNm. A : Visualisation des paraspeckles identifiés par leur constituant principal, le long ARN non-codant, Neat1, à l’intérieur du noyau des cellules coloré en bleu par le colorant de Hoechst. B : Organisation schématique des différents constituants des paraspeckles. C : La rythmicité du nombre de paraspeckles à l’intérieur du noyau permet le contrôle de l’expression des ARNm associés.

© Anne-Marie François-Bellan

En savoir plus

Circadian RNA expression elicited by 3′-UTR IRAlu-paraspeckle associated elements.
Torres M, Becquet D, Blanchard MP, Guillen S, Boyer B, Moreno M, Franc JL, François-Bellan AM.
Elife. 2016 Jul 21;5. pii: e14837. doi: 10.7554/eLife.14837.

Contact chercheur

Anne-Marie François-Bellan
Centre de recherche en neurobiologie – neurophysiologie de Marseille (CRN2M)
CNRS UMR 7286. Université Aix-Marseille
Faculté de Médecine Secteur Nord
51 Boulevard Pierre Dramard
13344 Marseille cedex 15

Tel: 04 91 69 89 07