Rôle et fonction de la ribonucléase Dicer
Relation entre les microARN et les maladies humaines

Chez les mammifères, les gènes sont transcrits en ARN messagers (ARNm), qui sont eux-mêmes traduit en protéines. Ce dogme central en biologie moléculaire relativement simple s’est complexifié de façon importante au cours des dernières décennies. À cet effet, l’avancée la plus récente concerne la découverte d’une nouvelle famille d’ARN régulateurs d’environ 21 à 24 nucléotides (nt) appellés microARN (miARN). Cette espèce d’ARN est générée par le métabolisme successif de structures d’ARN en tige-boucle, soient les miARN primaires (pri-miARN) et les précurseurs de miARN (pré-miARN), par les ribonucléases III (RNases III) Drosha et Dicer, respectivement.

Le rôle biologique des miARN est lié principalement à leur habiletés à réprimer la traduction des ARNm via la reconnaissance de sites de liaison spécifiques habituellement situés dans la région 3’ non-codante. Existant probablement sous la forme de milliers de séquences différentes, une étude récente a soulevé la possibilité que les miARN puissent être impliqués dans la régulation de plus de 92% des gènes chez l’humain! Ces observations suggèrent que l’ensemble des processus cellulaires pourraient être sous le contrôle des miARN dans le corps humain. Il est donc attendu que la perte ou le dérèglement du contrôle par les miARN de l’expression d’un gène spécifique sous-tend de nombreuses maladies d’ordre génétique, dont la plupart reste à être identifier.

Tirée de Ouellet et al., J. Biomed. Biotechnol. 2006 (2006) 69616

Au cours de leurs études portant sur le phénomène de posttranscriptional gene silencing (PTGS) et de son rôle comme mécanisme de défense naturel contre les virus, Hamilton et Baulcombe ont observé la présence d’ARN viraux de polarité antisens d’environ 25 nt chez des plantes infectées. Subséquemment, il a été établi que ces petits ARN originait du clivage d’ARN viral double-brin par Dicer. Depuis, de nombreuses études ont rapporté un rôle pour la voie des miARN dans les mécanismes de défense de l’hôte contre les virus chez les plantes, et des évidences expérimentales récentes sont compatibles avec un rôle pour Dicer dans les défenses antivirales chez les mammifères.

L’objectif de ce projet est de déterminer le rôle et l’importance de Dicer dans les mécanismes de défense de l’hôte contre les virus, tel que le virus de l’immunodéficience humaine de type 1 (VIH-1), par l’élucidation de la nature de leur interaction qui, fort probablement, est complex et se présente sous de nombreux aspects. Une meilleure compréhension de ces interactions nous permettra de jeter un regard nouveau sur la pathogénèse du VIH-1, les approches thérapeutiques potentiels de même que sur la lutte qui se déroule entre le VIH-1 et Dicer, et qui semble modeler constamment les fonctionalités antivirales de la voie des miARN de l’hôte.

Ce projet est subventionné par les Instituts
de Recherche en Santé du Canada (IRSC) et
l'Initiative de Recherche sur le VIH
de Santé Canada.

Tirée de Provost et al., Virus Res. 121 (2006) 107–115

La maladie d’Alzheimer affecte présentement ~2% de la population dans les pays industrialisés, et son incidence est prévue pour s’accroître d’environ 3 fois au cours des 50 prochaines années. La maladie d’Alzheimer est un désordre neurologique à progression lente affectant les neurones cholinergiques qui est causé par la formation de plaques ß-amyloïdes dans des régions spécifiques du cerveau. Une enzyme appellée ß-site amyloid precursor protein-cleaving enzyme (Bace) contribue à la formation de ces plaques. Des analyses post-mortem ont démontré des niveaux supérieurs de la protéine BACE, mais non de son ARNm, dans le cortex cérébral de patients ayant souffert de la maladie d’Alzheimer, indiquant la perte possible d’un mécanisme de régulation génique post-traductionnel basé sur les miARN.

Au cours de ce projet, nous étudions le rôle et l’importance de deux miARN pouvant potentiellement réguler l’expression de BACE dans le but de déterminer si la maladie peut être reliée à un dérèglement de la régulation génique médiée par les miARN. Les résultats anticipés nous permettront d’établir les bases moléculaires qui sous-tendent le dérèglement de l’expression de BACE dans la maladie d’Alzheimer et d’offrir de nouvelles perspectives sur l’étiologie de ce désordre neurologique.

Ce projet est subventionné par NARSAD:
The Mental Health Research Association.

La répression traductionnelle des ARNm guidée par les miARN est présumément médiée par des complexes ribonucléoprotéiques (RNP) effecteurs porteurs de miARN et contenant FMRP. Cliniquement, la perte du produit du gène FMR1, FMRP, est le facteur étiologique du syndrome du X fragile, la cause la plus fréquente des retards mentaux de nature héréditaire. Ensemble, ces observations suggèrent un lien de cause à effet possible entre la perte de la fonction exercée par FMRP dans l’action des miARN et le syndrome du X fragile.

Comment les miARN et les petits ARN interférents (siARN) simple-brin (sb) sont utilisés par les complexes RNP effecteurs pour la reconnaissance et le ciblage d’ARNm spécifiques demeure obscure. Cependant, plutôt que de résulter d’un processus d’hybridization passif, la formation de complexes de transition miRNA:mRNA or siARN sb:mRNA est plus probablement facilité par une composante des complexes miRNP ou siRNP.

Récemment, nous avons démontré que FMRP peut agir comme protéine acceptant les miARN dérivés de Dicer et faciliter l’assemblage des miARN aux séquences d’ARNm-cible spécifiques. Fonctionnant à l’intérieur d’un complexe RNP contenant un duplexe de miARN, FMRP peut également médié le ciblage de l’ARNm via un mécanisme d’échange de brin, au cours duquel le brin miARN* du duplexe est échangé pour l’ARNm. L’hypothèse que FMRP puisse exercer un rôle double en médiant et libérant la répression traductionnelle des ARNm guidée par les miARN est plutôt attrayante. L’utilisation suboptimale des miARN peut donc expliquer quelques défauts moléculaires rencontrés chez les patients souffrant du syndrome du X fragile.

Ce projet est subventionné par les Instituts
de Recherche en Santé du Canada (IRSC)

Tirée de Plante and Provost, J. Biomed. Biotechnol. 2006 (2006) 16806

Dicer est la RNase III responsable de la conversion des pré-miARN en miARN matures d’environ 21 à 24 nt. Il a été avancé que cette enzyme, composée de domaines multiples, agit par l’entremise de la dimérisation intramoléculaire de ses deux domaines RNase III, tout comme Drosha, assisté par le domaine PIWI/Argonaute/Zwille (PAZ) et le domaine C-terminal pouvant lier l’ARN double brin (dsRBD). Son domaine PAZ central reconnaît de manière spécifique les 2 nt protubérants situés à l’extrémité 3’ du pré-miARN et générés suite au clivage par Drosha. Les domaines PAZ et RNase IIIa agissent ensuite comme une mesure-étalon pour produire des miARN de taille similaires. Malgré son importance dans la biosynthèse des miARN, le contexte cellulaire dans lequel Dicer fonctionne dans la voie des miARN demeure méconnu.

Ce programme de recherche vise à améliorer notre compréhension du rôle, de la fonction et de la régulation biologique de la forme humaine de Dicer par l’élucidation du réseau complet d’interactions protéiques impliquant Dicer. Les résultats anticipés nous procureront un aperçu important des maladies d’ordre génétique possiblement reliées à des altérations de l’expression ou de la fonction de Dicer.

Ce projet est subventionné par le Conseil de Recherches
en Sciences Naturelles et en Génie du Canada (CRSNG).