3.4 Modification de l’inosine et turnover de l’ARNm
La modification de l’adénosine en inosine (A-I) des ARNm est catalysée par les adénosines désaminases qui agissent sur les enzymes ARN (ADAR). Ces enzymes ont une préférence pour les régions d’ARN double brin, et la conversion de l’A-I (également décrite comme une édition dans cette section) changera les propriétés d’appariement des bases des bases modifiées, car elles s’apparieront désormais à la guanine. Comme nous l’avons fait précédemment, nous allons séparer les effets directs de l’inosine sur la stabilité de l’ARNm de ceux qui découlent des effets indirects. L’introduction d’inosine dans les régions bicaténaires de l’ARN peut déclencher la dégradation par le recrutement de ribonucléases spécifiques des ARN contenant de l’inosine. La première enzyme proposée comme médiateur de cet effet est la nucléase Tudor-staphylococcique (SN), dont on a montré qu’elle favorisait le clivage d’ARN double brin hyperédités dans des extraits . La plupart des résultats décrits dans cette étude démontrent une activité biochimique de Tudor-SN sur des substrats hyperédités in vitro. Cependant, ces études ne permettent pas de déterminer clairement quelle fraction des ARNm contenant de l’inosine est soumise au clivage par Tudor-SN in vivo, et si Tudor-SN était l’endonucléase directe ou non. On a constaté que la Tudor-SN était localisée dans les granules cytoplasmiques de stress, il est donc possible que certains de ses transcrits cibles soient régulés de manière préférentielle dans des conditions de stress. La deuxième nucléase connue pour être spécifique des ARN contenant de l’inosine est l’endonucléase humaine V (hEndoV), qui peut cliver une variété de substrats ARN contenant de l’inosine in vitro. Une étude a suggéré que hEndoV est la véritable endonucléase de l’inosine, le Tudor-SN fournissant une activité stimulante à hEndoV . Il est intéressant de noter que hEndoV se localise également dans les granules cytoplasmiques de stress, ce qui suggère une fonction similaire à celle de Tudor-SN dans la régulation potentielle des niveaux d’ARNm contenant de l’inosine pendant le stress. Globalement, bien qu’il soit clair que des activités nucléasiques spécifiques de l’inosine existent dans les cellules eucaryotes (Fig. 5), leur contribution au clivage et au renouvellement des ARNm reste mal comprise. Par conséquent, l’impact physiologique du clivage de l’ARNdb hyperedité par Tudor-SN et/ou hEndoV doit être exploré plus en profondeur.
Les enzymes ADAR peuvent également jouer un rôle majeur dans la stabilité de l’ARNm en régulant la liaison des protéines de liaison à l’ARN qui influencent la désintégration de l’ARNm. L’influence des ADAR sur le niveau de leurs ARNm cibles a été mesurée globalement, et en général leur impact sur les niveaux d’ARNm n’est pas bien corrélé avec leur capacité à favoriser la formation d’inosine dans ces ARNm . Il semble plutôt que l’impact majeur des ADAR sur la stabilité des ARNm se fasse par le recrutement de la protéine de liaison à l’ARN HuR (ELAVL1), qui est un régulateur majeur de la désintégration des ARNm. ADAR1 interagit avec HuR de manière ARN-dépendante, et la plupart des ARNm régulés à la baisse en l’absence d’ADAR1 contiennent des sites de liaison à HuR. Ainsi, ADAR1 semble influencer la stabilité de ses ARNm cibles par le recrutement de HuR sur des sites cibles situés à proximité. Les ADAR peuvent également réguler les niveaux de plusieurs ARNm et ARNnc en empêchant la liaison du facteur de désintégration PARN, qui est une nucléase poly(A)-spécifique. Cette fonction semble également indépendante de l’édition, car un mutant ADAR catalytiquement inactif est capable de remplir les fonctions de l’enzyme dans le contrôle de la désintégration. Ainsi, l’impact des ADAR sur la stabilité de leurs cibles ARNm semble être principalement indépendant de leur capacité à favoriser la formation d’inosine.
Une conséquence majeure de la modification de l’inosine sur le turnover des ARNm est due à l’impact de l’inosine sur la régulation génique médiée par les microARN. La présence d’inosine peut influencer deux étapes majeures de cette voie : (i) la biogenèse des microARN et (ii) la spécificité du ciblage des ARNm par les microARN. En ce qui concerne l’impact de l’inosine sur la biogenèse des microARN, il a été démontré que les précurseurs primaires des microARN peuvent être édités par ADAR1 ou ADAR2 . La présence d’inosine dans ces précurseurs a deux effets néfastes sur la production de microARN matures. Premièrement, l’inosine réduit l’efficacité du traitement des précurseurs primaires par Drosha ; deuxièmement, les précurseurs contenant de l’inosine deviennent alors une cible pour les ribonucléases spécifiques de l’inosine telles que Tudor-SN et/ou hEndoV. Ces effets combinés de la modification de l’inosine sur les précurseurs primaires des microARN entraînent une diminution des niveaux de microARN produits à partir de ces précurseurs, avec une augmentation concomitante des ARNm cibles. Ce processus peut être régulé, car il a été démontré que les précurseurs du microARN miR-151 sont modifiés au cours du développement précoce, ce qui entraîne la dégradation des précurseurs par Tudor-SN . Plus généralement, les précurseurs des microARN contenant de l’inosine sont dégradés au cours des stades postzygotiques chez la souris. Ces résultats montrent que l’édition A-I des précurseurs de microARN peut réguler leur biogenèse au cours du développement, ce qui à son tour affecte directement l’expression de leurs cibles ARNm. Cependant, l’effet des ADAR sur la biogenèse des microARN est complexe car il a également été démontré que ADAR1 s’hétérodimérise avec l’enzyme RNase III Dicer pour augmenter l’efficacité du traitement des microARN, jouant ainsi un rôle positif dans la biogenèse des microARN. La complexité des effets directs et indirects des ADAR sur la biogenèse des petits ARN a également été démontrée à l’échelle du génome chez Caenorhabditis elegans. Enfin, ADAR1 peut également lier les siRNA indépendamment de l’édition de l’ARN dans les cellules de mammifères, ce qui limite l’efficacité du traitement par siRNA . Par conséquent, les ADAR semblent être une arme à double tranchant pour l’extinction des gènes médiée par les microARN et les petits ARN, car l’effet suppressif de la modification de l’inosine sur le traitement et la stabilité des précurseurs de microARN peut être contrebalancé par la capacité des ADAR à promouvoir le traitement des microARN par leur association avec Dicer, et leur effet sur la disponibilité des siRNA. Néanmoins, ces enzymes jouent des fonctions clés dans le contrôle de la différenciation cellulaire par l’édition des précurseurs de microARN. Par exemple, il a été montré que l’hyperédition du précurseur de microARN Let-7 par ADAR1 dans la leucémie favorisait le renouvellement des cellules souches leucémiques , soulignant l’importance d’un réglage fin de l’édition des précurseurs de microARN au cours de la différenciation cellulaire.
L’inosine influence également la régulation des ARNm médiée par les microARN en affectant la formation de duplex d’ARN, qui est essentielle pour déterminer la spécificité des interactions microARN-ARNm (figure 5). Cela a été démontré pour la première fois en montrant que l’introduction d’inosine dans le microARN miR-376 entraînait la répression d’un groupe différent d’ARNm par rapport à ceux réprimés par le miR-376 non modifié. Si le site édité réside dans la séquence d’amorçage du microARN, la modification entraîne un changement de spécificité pour les microARN, car l’inosine s’apparie préférentiellement avec le C. Réciproquement, l’édition A-I dans les séquences 3′-UTR des ARNm modifiera le ciblage potentiel de ces UTR par les microARN et peut créer de nouveaux sites de liaison aux microARN. Il a été démontré que l’édition régulée était potentiellement importante dans la régulation des oncogènes et des gènes suppresseurs de tumeurs par les microARN au cours de la transformation cellulaire .
Enfin, l’inosine peut influencer la stabilité des ARNm par des effets indirects. On a constaté que les ARNm contenant de l’inosine sont restreints au noyau dans les cellules immunitaires stimulées par le LPS, empêchant leur exposition à la machinerie cytoplasmique de désintégration des ARNm. La rétention de ces ARNm dans le noyau les soumettrait toutefois à une dégradation préférentielle par des voies de dégradation nucléaire telles que l’exosome nucléaire. Cela peut entraîner une augmentation ou une diminution de la stabilité, en fonction de l’efficacité relative de chacune de ces voies de dégradation sur des ARNm spécifiques. L’inosine a également un impact sur l’épissage alternatif, qui à son tour peut donner lieu à des isoformes d’ARNm ayant des stabilités différentes. Cela est particulièrement vrai si les espèces épissées alternativement contiennent des sites de liaison pour des protéines de liaison à l’ARN distinctes qui modulent leur stabilité. Par conséquent, l’inosine et les ADAR peuvent affecter la stabilité et l’expression de l’ARNm de nombreuses façons par une combinaison d’effets directs et indirects.