Trypanosoma cruzi: evaluation of (-)-cubebin derivatives activity in the messenger RNAs processing

No fully effective treatment has been developed since the discovery of Chagas` disease. Since drug-resistant Trypanosoma cruzi strains are occurring and the current therapy is effective in the acute phase but with various adverse side effects, more studies are needed to characterize the susceptibility of T. cruzi to new drugs. Pre-mRNA maturation in trypanosomatids occurs through a process called trans-splicing, which is unusual RNA processing reaction, and it implies the processing of polycistronic transcription units into individual mRNAs; a short transcript spliced leader (SL RNA) is trans-spliced to the acceptor pre-mRNA, giving origin to the mature mRNA. Cubebin derivatives seem to provide treatments with less collateral effects than benznidazole and showed similar or better trypanocidal activities than benznidazole. Therefore, the cubebin derivatives ((-)-6,6`-dinitrohinokinin (DNH) and (-)-hinokinin (HQ)) interference in the mRNA processing was evaluated using T. cruzi permeable cells (Y and BOL (Bolivia) strains) following by RNase protection reaction. These substances seem to intervene in any step of the RNA transcription, promoting alterations in the RNA synthesis, even though the RNA processing mechanism still occurs. Furthermore, HQ presented better activity against the parasites than DNH, meaning that BOL strain seems to be more resistant than Y.

The expression of messenger RNAs coding for growth factors, their receptors, and eph-class receptor tyrosine kinases in normal and ototoxically damaged chick cochleae

Messenger RNAs coding for growth factors and receptor tyrosine kinases were measured by quantitative competitive and by semi-quantitative reverse-transcription polymerase chain reaction in whole and dissected chick inner ears. The fibroblast growth factor (FGF) receptor 1 chick embryonic kinase (CEK) 1 was expressed in all structures examined (otocyst, hatchling whole cochlea, cochlear nerve ganglion, and cochlear and vestibular sensory epithelia), although slightly more heavily in the otocyst. The related fibroblast growth factor receptors CEK 2 and 3 were preferentially expressed in the nerve ganglion and in the vestibular sensory epithelium, respectively. FGF 1 mRNA was low in early development, increasing to mature levels at around embryonic age 11 days, while FGF2, mRNA was expressed at constant levels at all ages. In response to ototoxic damage, FGF1 mRNA levels were increased in the early damaged cochlear sensory epithelium. Immunohistochemistry for CEK1 showed that normal hair cells expressed the receptor heavily on the hair cell stereocilia, while with early damage, CEK1 came to be expressed heavily on the apical surfaces of the supporting cells. In normal chicks, the CEK4 and CEK8 eph-class receptor tyrosine kinases were expressed relatively heavily by the cochlear nerve ganglion, and CEK10 was expressed relatively heavily by the cochlear hair cell sensory epithelium. The results suggest that the FGF system may be involved in the response of the cochlear epithelium to ototoxic damage. The eph-class receptor tyrosine kinase CEK10 may be involved in cell interactions in the cochlear sensory epithelium, while CEK4 and CEK8 may play a role in the cochlear innervation.

Rapid test for the evaluation of the activity of the prodrug hydroxymethylnitrofurazone in the processing of Trypanosoma cruzi messenger RNAs

No fully effective treatment has been developed since the discovery of Chagas' disease by Carlos Chagas in 1909. Since drug-resistant Trypanosoma cruzi strains are occurring and the current therapy is effectiveness in the acute phase but with various adverse side effects, more studies are needed to characterize the susceptibility of T. cruzi to new drugs. Many natural and/or synthetic substances showing trypanocidal activity have been used, even though they are not likely to be turned into clinically approved drugs. Originally, drug screening was performed using natural products, with only limited knowledge of the molecular mechanism involved in the development of diseases. Trans-splicing, which is unusual RNA processing reaction and occurs in nematodes and trypanosomes, implies the processing of polycistronic transcription units into individual mRNAs; a short transcript spliced leader (SL RNA) is trans-spliced to the acceptor pre-mRNA, giving origin to the mature mRNA. In the present study, permeable cells of T. cruzi epimastigote forms (Y, BOL and NCS strains) were treated to evaluate the interference of two drugs (hydroxymethylnitrofurazone - NFOH-121 and nitrofurazone) in the trans-splicing reaction using silver-stained PAGE analysis. Both drugs induced a significant reduction in RNA processing at concentrations from 5 to 12.5 µM. These data agreed with the biological findings, since the number of parasites decreased, especially with NFOH-121. This proposed methodology allows a rapid and cost-effective screening strategy for detecting drug interference in the trans-splicing mechanism of T. cruzi.

Rapid test for the evaluation of the activity of the prodrug hydroxymethylnitrofurazone in the processing of Trypanosoma cruzi messenger RNAs

No fully effective treatment has been developed since the discovery of Chagas' disease by Carlos Chagas in 1909. Since drug-resistant Trypanosoma cruzi strains are occurring and the current therapy is effectiveness in the acute phase but with various adverse side effects, more studies are needed to characterize the susceptibility of T. cruzi to new drugs. Many natural and/or synthetic substances showing trypanocidal activity have been used, even though they are not likely to be turned into clinically approved drugs. Originally, drug screening was performed using natural products, with only limited knowledge of the molecular mechanism involved in the development of diseases. Trans-splicing, which is unusual RNA processing reaction and occurs in nematodes and trypanosomes, implies the processing of polycistronic transcription units into individual mRNAs; a short transcript spliced leader (SL RNA) is trans-spliced to the acceptor pre-mRNA, giving origin to the mature mRNA. In the present study, permeable cells of T. cruzi epimastigote forms (Y, BOL and NCS strains) were treated to evaluate the interference of two drugs (hydroxymethylnitrofurazone - NFOH-121 and nitrofurazone) in the trans-splicing reaction using silver-stained PAGE analysis. Both drugs induced a significant reduction in RNA processing at concentrations from 5 to 12.5 µM. These data agreed with the biological findings, since the number of parasites decreased, especially with NFOH-121. This proposed methodology allows a rapid and cost-effective screening strategy for detecting drug interference in the trans-splicing mechanism of T. cruzi.

Trypanosoma cruzi: Evaluation of (-)-cubebin derivatives activity in the messenger RNAs processing

No fully effective treatment has been developed since the discovery of Chagas' disease. Since drug-resistant Trypanosoma cruzi strains are occurring and the current therapy is effective in the acute phase but with various adverse side effects, more studies are needed to characterize the susceptibility of T. cruzi to new drugs. Pre-mRNA maturation in trypanosomatids occurs through a process called trans-splicing, which is unusual RNA processing reaction, and it implies the processing of polycistronic transcription units into individual mRNAs; a short transcript spliced leader (SL RNA) is trans-spliced to the acceptor pre-mRNA, giving origin to the mature mRNA. Cubebin derivatives seem to provide treatments with less collateral effects than benznidazole and showed similar or better trypanocidal activities than benznidazole. Therefore, the cubebin derivatives ((-)-6,6′-dinitrohinokinin (DNH) and (-)-hinokinin (HQ)) interference in the mRNA processing was evaluated using T. cruzi permeable cells (Y and BOL (Bolivia) strains) following by RNase protection reaction. These substances seem to intervene in any step of the RNA transcription, promoting alterations in the RNA synthesis, even though the RNA processing mechanism still occurs. Furthermore, HQ presented better activity against the parasites than DNH, meaning that BOL strain seems to be more resistant than Y. © 2011 Springer-Verlag.

Expression of neuromuscular junction messenger RNAs and protein in aged rats

The loss of skeletal muscle mass is believed to be the dominant reason for reduced strength in aging humans. The purpose of this investigation was to gain some information as to why skeletal muscles lose mass as we age. Since nervous system innervation is essential for skeletal muscle fiber viability, incomplete regional reinnervation during normal synaptic junction turnover has been hypothesized to result in selective muscle fiber loss. Examined here was the age-related association in skeletal muscle between atrophy and the expression of mRNAs encoding the γ- and ϵ-subunits of the nicotinic acetylcholine receptor, myogenin, and muscle specific receptor kinase (MuSK). Gastrocnemius and biceps brachii muscles were collected from young (2 month), adult (18 month), and old (31 month) Fischer 344 cross brown Norway F 1 male rats. In the gastrocnemius, muscles of old vs. young and adult rats, lower muscle mass was accompanied by significantly elevated acetylcholine receptor γ-subunit, myogenin, and MuSK mRNA levels. In contrast, the biceps brachii muscle in the same animals exhibited neither atrophy nor a change in acetylcholine receptor γ-subunit, myogenin, or MuSK mRNA levels. Expression of the acetylcholine receptor ϵ-subunit mRNA did not change with age in either gastrocnemius or biceps brachii muscles. Since acetylcholine receptor γ-subunit, myogenin, and MuSK mRNA levels are upregulated in surgically denervated skeletal muscles of young rats while expression of the acetylcholine receptor ϵ-subunit does not change, the findings of the current investigation suggest that a select fiber population within atrophied skeletal muscles of old rats may be in a denervated-like state. I speculate that increases in γ-subunit, myogenin, and MuSK mRNA levels in atrophied muscles of old rats are compensatory responses to nerve terminal retraction. Indeed, a prolongation of denervation in these muscle fibers would subsequently result in their atrophy and death, ultimately leading to a decline in the number of force generating elements present in the muscle. ^

Small regulatory RNAs in mammals

Mammalian cells harbor numerous small non-protein-coding RNAs, including small nucleolar RNAs (snoRNAs), microRNAs (miRNAs), short interfering RNAs (siRNAs) and small double-stranded RNAs, which regulate gene expression at many levels including chromatin architecture, RNA editing, RNA stability, translation, and quite possibly transcription and splicing. These RNAs are processed by multistep pathways from the introns and exons of longer primary transcripts, including protein-coding transcripts. Most show distinctive temporal- and tissue-specific expression patterns in different tissues, including embryonal stem cells and the brain, and some are imprinted. Small RNAs control a wide range of developmental and physiological pathways in animals, including hematopoietic differentiation, adipocyte differentiation and insulin secretion in mammals, and have been shown to be perturbed in cancer and other diseases. The extent of transcription of non-coding sequences and the abundance of small RNAs suggests the existence of an extensive regulatory network on the basis of RNA signaling which may underpin the development and much of the phenotypic variation in mammals and other complex organisms and which may have different genetic signatures from sequences encoding proteins.

New insights into the role of microRNAs in pancreatic ß-cell maturation and plasticity

Le diabète est une maladie chronique caractérisée par une élévation du taux de sucre dans le sang aussi appelé « glycémie » reflétant un état pathologique. L'élévation de la glycémie au long cours a des répercussions délétères sur nombreux de nos tissus et organes d'où l'apparition de complications sévères chez les sujets diabétiques pouvant atteindre les yeux, les reins, le système nerveux, le système cardiovasculaire et les membres inférieurs. La carence en une hormone essentielle à notre organisme, l'insuline, est au coeur du développement de la maladie. L'insuline induit la captation du glucose circulant dans le sang en excès suite à une prise alimentaire riche en glucides et favorise son utilisation et éventuellement son stockage dans les tissus tels que le foie, le tissu adipeux et les muscles. Ainsi, l'insuline est vitale pour réguler et maintenir stable notre niveau de glycémie. Les cellules bêta du pancréas sont les seules entités de notre corps capables de produire de l'insuline et une perte de fonctionnalité associée à leur destruction ont été mises en cause dans le processus pathologique du diabète de type 2. Cependant la pleine fonctionnalité et la maturation des cellules bêta n'apparaissent qu'après la naissance lorsque le pancréas en développement a atteint sa masse adulte définitive. Enfin, une fois la masse des cellules bêta définitive établie, leur nombre et volume restent relativement constants au cours de la vie adulte chez un sujet sain. Néanmoins, au cours de périodes critiques les besoins en insuline sont augmentés tel qu'observé chez les femmes enceintes et les personnes obèses qui ont une perte de sensibilité à l'insuline qui se traduit par la nécessité de sécréter plus d'insuline afin de maintenir une glycémie normale. Dans l'hypothèse où la compensation n'a pas lieu ou n'est pas aboutie, le diabète se développe. Le processus de maturation postnatale ainsi que les événements compensatoires sont donc des étapes essentielles et de nombreuses questions sont encore non résolues concernant l'identification des mécanismes les régulant. Parmi les acteurs potentiels figurent de petites molécules d'ARN découvertes récemment appelées microARNs et qui ont été rapidement suggérées très prometteuses dans l'identification de nouvelles cibles thérapeutiques dans le cadre du diabète et d'autres pathologies. Les microARNs vont réguler l'expression de notre génome sans en modifier la séquence, phénomène également appelé épigénétique, ce qui résulte en des différences de comportement et de fonction cellulaires. Les microARNs sont donc susceptibles de jouer un rôle clé dans l'ensemble des processus biologiques et notre environnement associé à nos prédispositions génétiques peuvent grandement modifier leur niveau et donc leur action, qui à son tour se répercutera sur notre état physiologique. En effet nous avons identifié des changements de microARNs dans les cellules d'îlots pancréatiques de modèles animaux (rats et souris) associés à un état de résistance à l'insuline (grossesse et obésité). Par le biais d'expériences in vitro sur des cellules bêta extraites de rats et conservées en culture, nous avons pu analyser de plus près l'implication des microARNs dans la capacité des cellules bêta à sécréter de l'insuline mais aussi à se multiplier et à survivre au sein d'un environnement toxique. Ainsi, nous avons identifié des microARNs qui participent positivement à la compensation des cellules bêta, sous la direction d'hormones telles les estrogènes ou d'une hormone libérée par l'intestin au cours de la digestion (l'inerétine GLP1) et qui est largement utilisée comme agent thérapeutique dans la médication contre le diabète. Dans un second temps nous avons utilisé une stratégie similaire afin de déterminer le rôle de microARNs préalablement détectés comme étant changés au cours du développement postnatal des cellules bêta chez le rat. Cette étude a également mené à l'identification de microARNs participant à la maturation et à l'expansion de la masse des cellules bêta sous l'influence de la composition du régime alimentaire et des besoins en insuline adéquats qui en dépendent. Ces études apportent la vision de nouveaux mécanismes moléculaires impliquant les microARNs et démontrant leur importance pour le bon fonctionnement des cellules bêta et leur capacité d'adaptation à l'environnement. -- Les cellules bêta sont une composante des îlots pancréatiques de Langerhans et sont des cellules hautement différenciées qui ont l'unique capacité de sécréter de l'insuline sous l'influence des nutriments suite à une prise alimentaire. L'insuline facilite l'incorporation de glucose dans ses tissus cibles tels le foie, le tissu adipeux et les muscles. Bien que les besoins en insuline soient relativement constants au cours de la vie d'un individu sain, certaines conditions associées à un état de résistance à l'insuline, telles la grossesse ou l'obésité, requièrent une libération d'insuline majorée. En cas de résistance à l'insuline, une dysfonction des cellules bêta plus ou moins associée à leur mort cellulaire, conduisent à une sécrétion d'insuline insuffisante et au développement d'une hyperglycémie chronique, caractéristique du diabète de type 2. Jusqu'à présent, les mécanismes moléculaires sous- jacents à la compensation des cellules bêta ou encore menant à leur dysfonction restent peu connus. Découverts récemment, les petits ARNs non-codant appelés microARNs (miARNs), suscitent un intérêt grandissant de par leur potentiel thérapeutique pour la prise en charge et le traitement du diabète. Les miARNs sont de puissants régulateurs de l'expression génique qui lient directement le 3'UTR de leurs ARN messagers cibles afin d'inhiber leur traduction ou d'induire leur dégradation, ce qui leur permet de contrôler des fonctions biologiques multiples. Ainsi, nous avons pris pour hypothèse que les miARNs pourraient jouer un rôle essentiel en maintenant la fonction des cellules bêta et des processus compensatoires afin de prévenir le développement du diabète. Lors d'une première étude, une analyse transcriptomique a permis l'identification de miARNs différemment exprimés au sein d'îlots pancréatiques de rattes gestantes. Parmi eux, le miR-338-3p a démontré la capacité de promouvoir la prolifération et la survie des cellules bêta exposées à des acides gras saturés et des cytokines pro-inflammatoires, sans altérer leur propriété sécrétrice d'insuline. Nous avons également identifié deux hormones reconnues pour leurs propriétés bénéfiques pour la physiologie de la cellule bêta, l'estradiol et l'incrétine GLP1, qui régulent les niveaux du miR-338-3p. Ce miARN intègre parfaitement les voies de signalisation de ces deux hormones dépendantes de l'AMP cyclique, afin de contrôler l'expression de nombreux gènes conduisant à son action biologique. Dans un projet ultérieur, notre objectif était de déterminer la contribution de miARNs dans l'acquisition de l'identité fonctionnelle des cellules bêta en période postnatale. En effet, directement après la naissance les cellules bêta sont reconnues pour être encore immatures et incapables de sécréter de l'insuline spécifiquement en réponse à l'élévation de la glycémie. Au contraire, la réponse insulinique induite par les acides aminés ainsi que la biosynthèse d'insuline sont déjà fonctionnelles. Nos recherches ont permis de montrer que les changements de miARNs corrélés avec l'apparition du phénotype sécrétoire en réponse au glucose, sont régis par la composition nutritionnelle du régime alimentaire et des besoins en insuline qui en découlent. En parallèle, le taux de prolifération des cellules bêta est considérablement réduit. Les miARNs que nous avons étudiés coordonnent des changements d'expression de gènes clés impliqués dans l'acquisition de propriétés vitales de la cellule bêta et dans la maintenancé de son identité propre. Enfin, ces études ont permis de clairement démontrer l'importance des miARNs dans la régulation de la fonction des cellules bêta pancréatiques. -- Beta-cells are highly differentiated cells localized in the pancreatic islets and are characterized by the unique property of secreting insulin in response to nutrient stimulation after meal intake. Insulin is then in charge of facilitating glucose uptake by insulin target tissues such as liver, adipose tissue and muscles. Despite insulin needs stay more or less constant throughout life of healthy individuals, there are circumstances such as during pregnancy or obesity which are associated to insulin resistance, where insulin needs are increased. In this context, defects in beta-cell function, sometimes associated with beta-cell loss, may result in the release of inappropriate amounts of insulin leading to chronic hyperglycemia, properly defined as type 2 diabetes mellitus. So far, the mechanisms underlying beta- cell compensation as well as beta-cell failure remain to be established. The recently discovered small non-coding RNAs called microRNAs (miRNAs) are emerging as interesting therapeutic targets and are bringing new hope for the treatment of diabetes. miRNAs display a massive potential in regulating gene expression by directly binding to the 3'UTR of messenger RNAs and by inhibiting their translation and/or stability, enabling them to modify a wide range of biological functions. In view of this, we hypothesized that miRNAs may play an essential role in preserving the functional beta-cell mass and permitting to fight against beta-cell exhaustion and decompensation that can lead to diabetes development. In a first study, global profiling in pancreatic islets of pregnant rats, a model of insulin resistance, led to the identification of a set of differentially expressed miRNAs. Among them, miR-338- 3p was found to promote beta-cell proliferation and survival upon exposure of islet cells to pro- apoptotic stimuli such as saturated fatty acids or pro-inflammatory cytokines, without impairment in their capacity to release insulin. We also discovered that miR-338-3p changes are driven by two hormones, the estradiol and the incretin GLP1, both well known for their beneficial impact on beta- cell physiology. Consistently, we found that miR-338-3p integrates the cAMP-dependent signaling pathways regulated by these two hormones in order to control the expression of numerous genes and execute its biological functions. In a second project, we aimed at determining whether miRNAs contribute to the acquisition of beta-cell identity. Indeed, we confirmed that right after birth beta-cells are still immature and are unable to secrete insulin specifically in response to elevated concentrations of glucose. In contrast, amino acid-stimulated insulin release as well as insulin biosynthesis are already fully functional. In parallel, newborn beta-cells are proliferating intensively within the expanding pancreas. Interestingly, we demonstrated that the miRNA changes and the subsequent acquisition of glucose responsiveness is influenced by the diet composition and the resulting insulin needs. At the same time, beta-cell proliferation declines. The miRNAs that we have identified orchestrate expression changes of essential genes involved in the acquisition of specific beta-cell properties and in the maintenance of a mature beta-cell identity. Altogether, these studies clearly demonstrate that miRNAs play important roles in the regulation of beta-cell function.

MicroRNAs as novel regulators of skeletal homeostasis

The human skeleton is composed of bone and cartilage. The differentiation of bone and cartilage cells from their bone marrow progenitors is regulated by an intrinsic network of intracellular and extracellular signaling molecules. In addition, cells coordinate their differentiation and function through reciprocal cell‐to‐cell interactions. MicroRNAs (miRNAs) are small, single‐stranded RNA molecules that inhibit protein translation by binding to messenger RNAs (mRNAs). Recent evidence demonstrates the involvement of miRNAs in multiple biological processes. However, their role in skeletal development and bone remodeling is still poorly understood. The aim of this thesis was to elucidate miRNA‐mediated gene regulation in bone and cartilage cells, namely in osteoblasts, osteoclasts, chondrocytes and bone marrow adipocytes. Comparison of miRNA expression during osteogenic and chondrogenic differentiation of bone marrow‐derived mesenchymal stem cells (MSCs) revealed several miRNAs with substantial difference between bone and cartilage cells. These miRNAs were predicted to target genes essentially involved in MSC differentiation. Three miRNAs, miR‐96, miR‐124 and miR‐199a, showed marked upregulation upon osteogenic, chondrogenic or adipogenic differentiation. Based on functional studies, these miRNAs regulate gene expression in MSCs and may thereby play a role in the commitment and/or differentiation of MSCs. Characterization of miRNA expression during osteoclastogenesis of mouse bone marrow cells revealed a unique expression pattern for several miRNAs. Potential targets of the differentially expressed miRNAs included many molecules essentially involved in osteoclast differentiation. These results provide novel insights into the expression and function of miRNAs during the differentiation of bone and cartilage cells. This information may be useful for the development of novel stem cell‐based treatments for skeletal defects and diseases.

Conception de microARNs pour attenuer l'expression de genes

Les microARNs appartiennent à la famille des petits ARNs non-codants et agissent comme inhibiteurs des ARN messagers et/ou de leurs produits protéiques. Les mi- croARNs sont différents des petits ARNs interférants (siARN) car ils atténuent l’ex- pression au lieu de l’éliminer. Dans les dernières années, de nombreux microARNs et leurs cibles ont été découverts chez les mammifères et les plantes. La bioinforma- tique joue un rôle important dans ce domaine, et des programmes informatiques de découvertes de cibles ont été mis à la disposition de la communauté scientifique. Les microARNs peuvent réguler chacun des centaines de gènes, et les profils d’expression de ces derniers peuvent servir comme classificateurs de certains cancers. La modélisation des microARNs artificiels est donc justifiable, où l’un pourrait cibler des oncogènes surexprimés et promouvoir une prolifération de cellules en santé. Un outil pour créer des microARNs artificiels, nommé MultiTar V1.0, a été créé et est disponible comme application web. L’outil se base sur des propriétés structurelles et biochimiques des microARNs et utilise la recherche tabou, une métaheuristique. Il est démontré que des microARNs conçus in-silico peuvent avoir des effets lorsque testés in-vitro. Les sé- quences 3’UTR des gènes E2F1, E2F2 et E2F3 ont été soumises en entrée au programme MultiTar, et les microARNs prédits ont ensuite été testés avec des essais luciférases, des western blots et des courbes de croissance cellulaire. Au moins un microARN artificiel est capable de réguler les trois gènes par essais luciférases, et chacun des microARNs a pu réguler l’expression de E2F1 et E2F2 dans les western blots. Les courbes de crois- sance démontrent que chacun des microARNs interfère avec la croissance cellulaire. Ces résultats ouvrent de nouvelles portes vers des possibilités thérapeutiques.

Conception de miARN artificiels basée sur la caractérisation de la boucle de régulation miR-20/E2F

La biologie moléculaire et, plus spécifiquement, la régulation de l’expression génique ont été révolutionnées par la découverte des microARN (miARN). Ces petits ARN d’une vingtaine de nucléotides sont impliqués dans la majorité des processus cellulaires et leur expression est dérégulée dans plusieurs maladies, comme le cancer. Un miARN reconnaît ses cibles principalement par son noyau, ce qui lui permet de réguler simultanément la traduction de centaines d’ARN messagers. Nos travaux ont montré l’existence d’une boucle de rétro-activation négative, entre deux miARN du polycistron miR-17-92 et trois facteurs de transcription de la famille E2F. E2F1, 2 et 3 induisent la transcription de miR-20 et miR-17 qui par la suite inhibent leur traduction. Nos résultats suggèrent l’implication de cette boucle dans la résistance à l’apoptose induite par E2F1 dans les cellules du cancer de la prostate, ce qui expliquerait en partie le potentiel oncogénique du polycistron miR-17-92. L’étude de ce motif de régulation nous a donc permis de réaliser le potentiel incroyable qu’ont les miARN à inhiber la traduction de plusieurs gènes. Basé sur les règles de reconnaissance des miARN, nous avons développé et validé MultiTar. Cet outil bioinformatique permet de trouver la séquence d’un miARN artificiel ayant le potentiel d’inhiber la traduction de gènes d’intérêts choisis par l’utilisateur. Afin de valider MultiTar, nous avons généré des multitargets pouvant inhiber l’expression des trois E2F, ce qui nous a permis de comparer leur efficacité à celle de miR-20. Nos miARN artificiels ont la capacité d’inhiber la traduction des E2F et de neutraliser leur fonction redondante de la progression du cycle cellulaire de façon similaire ou supérieur à miR-20. La fonctionnalité de notre programme, ouvre la voie à une stratégie flexible pouvant cibler le caractère multigénique de différents processus cellulaires ou maladies complexes, tel que le cancer. L’utilisation de miARN artificiels pourrait donc représenter une alternative intéressante aux stratégies déjà existantes, qui sont limitées à inhiber des cibles uniques. En plus d’élucider un réseau de régulation complexe impliquant les miARN, nous avons pu tirer profit de leur potentiel d’inhibition par la conception de miARN artificiels.

MiR-16, un nouveau régulateur du transporteur de glucose dépendant de l’insuline GLUT-4

Les microARNs sont des petits ARNs non codants d'environ 22 nucléotides qui régulent négativement la traduction de l'ARN messager cible (ARNm) et ont donc des fonctions cellulaires. Le microARN-16 (miR-16) est connu pour ses effets antiprolifératifs. Nous avons observé que l’expression de miR-16 est diminuée dans les cellules endothéliales humaines sénescentes et quiescentes en comparaison à des cellules prolifératives. Une analyse informatique des sites potentiels de liaison de miR-16 prévoit que GLUT-4, un transporteur du glucose insulinodépendant, pourrait être une cible potentielle du miR-16. Nous avons donc testé l'hypothèse que miR-16 régule négativement le métabolisme du glucose cellulaire. Dans des HUVEC, l'inhibition de miR-16 endogène avec des anti-miRNA oligonucléotides (AMO) augmente les niveaux protéiques de GLUT-4 de 1,7 ± 0,4 fois (p=0,0037 ; n=9). Dans des souris nourries avec un régime alimentaire normal ou riche en graisse et en sucre, l’expression de GLUT-4 dans le muscle squelettique a tendance à corréler négativement avec les niveaux de miR-16 (p=0,0998, r2=0,3866, n=4). Ces résultats suggèrent que miR-16 est un régulateur négatif de GLUT-4 et qu’il pourrait être impliqué dans la régulation du métabolisme cellulaire du glucose.

Identification de modifications post-traductionnelles de Staufen1 et étude de leur fonction régulatrice

La régulation post-transcriptionnelle joue un rôle de premier plan dans le contrôle fin de l’expression génique en permettant une modulation de la synthèse de protéines dans le temps et l’espace, en fonction des besoins de la cellule. Ainsi, des protéines reconnaissant des éléments d’ARN présents sur des transcrits peuvent influencer toutes les étapes de leur existence, soit leur épissage, leur export nucléaire, leur localisation subcellulaire, leur traduction et leur dégradation. Staufen1 (Stau1) est un membre de la famille des protéines liant l’ARN double-brin qui contribue à la régulation post-transcriptionnelle par son implication dans des mécanismes qui vont promouvoir l’épissage alternatif, le transport, la dé-répression de la traduction et l’induction de la dégradation d’ARN messagers (ARNm) spécifiques. L’identité des cibles potentielles de Stau1 est maintenant connue puisqu’une étude à l’échelle du génome a montré que la protéine s’associe à près de 7% du transcriptome des cellules HEK293T. Ces ARNm se classent dans un large éventail de catégories fonctionnelles, mais il est tout de même intéressant de noter qu’une grande proportion d’entre eux code pour des protéines reliées au métabolisme cellulaire et à la régulation de processus cellulaires. En considérant toutes ces informations, nous avons émis l’hypothèse que les différentes activités de Stau1 puissent être modulées afin de contrôler adéquatement l’expression des transcrits liés par la protéine. Dans la mesure où certains ARNm faisant partie des complexes définis par la présence de Stau1 codent pour des régulateurs clés de la prolifération cellulaire, nous avons voulu examiner si l’expression de la protéine varie au cours du cycle de division cellulaire. Nous avons montré que l’abondance de Stau1 est maximale en début de mitose et qu’elle diminue ensuite lorsque les cellules complètent la division cellulaire. Nous avons ensuite découvert que cette baisse d’expression de Stau1 en sortie de mitose dépend du complexe promoteur d’anaphase/cyclosome (APC/C). En soutien à l’idée que Stau1 soit une cible de cette ubiquitine ligase de type E3, nous avons de plus démontré que Stau1 est ubiquitiné et dégradé par le protéasome. Ce contrôle des niveaux de Stau1 semble important puisque la surexpression de la protéine retarde la sortie de mitose et entraîne une diminution importante de la prolifération cellulaire. Par ailleurs, nous avons supposé que les différentes fonctions de Stau1 puissent également être sujettes à une régulation. Compte tenu que les activités de nombreuses protéines liant l’ARN peuvent être contrôlées par des modifications post-traductionnelles telles que la phosphorylation, nous avons voulu tester la possibilité que Stau1 soit phosphorylé. L’immunopurification de Stau1 et son analyse par spectrométrie de masse nous a permis d’identifier trois phosphosites dans la protéine. L’évaluation du rôle de ces événements de phosphorylation à l’aide de mutants phoshomimétiques ou non-phoshorylables a révélé que la modification de Stau1 pourrait compromettre son association à la protéine UPF1. Comme cette interaction est nécessaire pour déstabiliser les transcrits liés par Stau1, nos résultats suggèrent fortement que la fonction de Stau1 dans la dégradation d’ARNm est régulée négativement par sa phosphorylation. Toutes ces données mettent en lumière l’importance des modifications post-traductionnelles telles que l’ubiquitination et la phosphorylation dans la modulation de l’expression et des fonctions de Stau 1. Somme toute, il est vraisemblable que ces mécanismes de contrôle puissent avoir un impact significatif sur le destin des ARNm liés par Stau1, particulièrement dans un contexte de progression dans le cycle cellulaire.

Scp160p is required for translational efficiency of codon-optimized mRNAs in yeast

The budding yeast multi-K homology domain RNA-binding protein Scp160p binds to > 1000 messenger RNAs (mRNAs) and polyribosomes, and its mammalian homolog vigilin binds transfer RNAs (tRNAs) and translation elongation factor EF1alpha. Despite its implication in translation, studies on Scp160p's molecular function are lacking to date. We applied translational profiling approaches and demonstrate that the association of a specific subset of mRNAs with ribosomes or heavy polysomes depends on Scp160p. Interaction of Scp160p with these mRNAs requires the conserved K homology domains 13 and 14. Transfer RNA pairing index analysis of Scp160p target mRNAs indicates a high degree of consecutive use of iso-decoding codons. As shown for one target mRNA encoding the glycoprotein Pry3p, Scp160p depletion results in translational downregulation but increased association with polysomes, suggesting that it is required for efficient translation elongation. Depletion of Scp160p also decreased the relative abundance of ribosome-associated tRNAs whose codons show low potential for autocorrelation on mRNAs. Conversely, tRNAs with highly autocorrelated codons in mRNAs are less impaired. Our data indicate that Scp160p might increase the efficiency of tRNA recharge, or prevent diffusion of discharged tRNAs, both of which were also proposed to be the likely basis for the translational fitness effect of tRNA pairing.

cDNA Library Generation for the Analysis of Small RNAs by High-Throughput Sequencing

The RNome of a cell is highly diverse and consists besides messenger RNAs (mRNAs), transfer RNAs (tRNAs), and ribosomal RNAs (rRNAs) also of other small and long transcript entities without apparent coding potential. This class of molecules, commonly referred to as non-protein-coding RNAs (ncRNAs), is involved in regulating numerous biological processes and thought to contribute to cellular complexity. Therefore, much effort is put into their identification and further functional characterization. Here we provide a cost-effective and reliable method for cDNA library construction of small RNAs in the size range of 20-500 residues. The effectiveness of the described method is demonstrated by the analysis of ribosome-associated small RNAs in the eukaryotic model organism Trypanosoma brucei.