Stabilité de l’ARNm et expression génique

La structure et la stabilité des molécules d’ARNm régulent l’expression des gènes, car les ARNm sont une étape clé dans la voie du gène à la protéine. Chez les eucaryotes, la demi-vie de l’ARNm varie de quelques minutes à plusieurs jours. La stabilité de l’ARNm est essentielle pour la croissance et le développement. L’absence des protéines régulant sa stabilité, telles que la tristétraproline chez la souris, peut entraîner des problèmes systémiques, notamment une prolifération de la moelle osseuse, une inflammation et une auto-immunité.

Éléments agissant en Cis impliqués dans la stabilité de l’ARNm

Une séquence d’ARNm code non seulement pour des protéines, mais contient également diverses régions agissant en cis, qui, seules ou avec l’aide de protéines agissant en trans, régulent la stabilité de l’ARNm. L’extrémité 5' d’un ARNm a une coiffe 7-méthylguanylate (m⁷G) et l’extrémité 3' a une queue poly-A, les deux protégeant l’ARNm des exonucléases. Une queue poly-A plus courte que 15-20 nucléotides peut conduire au décapsulage et à la dégradation ultérieure de l’ARNm ; par conséquent, la longueur de la queue poly-A est importante pour la stabilité de l’ARNm. Les régions 55' et 35' non traduites (UTR) de l’ARNm contiennent diverses séquences qui agissent comme des sites de liaison pour les protéines impliquées dans la dégradation et la stabilité de l’ARNm. Le 55' UTR contient des régions de liaison pour les protéines qui favorisent le décapage ou l’élimination de la coiffe 5' m⁷G. Le 35' UTR dans certains ARNm, en particulier ceux dont la demi-vie est inférieure à 30 minutes, porte de multiples “AUUUA” répétitions, appelées séquences riches en AU. Lorsque les protéines déstabilisant l’ARNm se lient à ces séquences riches en AU, elles favorisent une déadénylation et une dégradation rapides de l’ARNm. D’autre part, lorsque des protéines stabilisatrices d’ARNm sont présentes, elles entrent en compétition avec les protéines déstabilisantes pour se lier aux séquences riches en AU et diminuent la vitesse de dégradation de l’ARNm. Certains autres ARNm portent également des séquences de reconnaissance spécifiques pour les endonucléases.

Principales voies de dégradation de l’ARNm

Les mécanismes les plus courants de dégradation de l’ARNm impliquent l’élimination des extrémités queue poly-(A) 3' et coiffe 5' m⁷G. La dédénylation, élimination des adénines de la queue poly-A, peut conduire à la dégradation de l’ARNm par deux mécanismes différents. Le premier mécanisme implique le raccourcissement de la queue poly-A à moins de 15-20 nucléotides, ce qui déstabilise l’association entre l’ARNm et ses protéines de liaison.  Cela expose la coiffe 5' m⁷G aux enzymes de décapsulage, DCP1 et DCP2. L’extrémité 5' de l’ARNm décapsulé et non protégé peut alors être dégradée à l’aide de l’exonuméase 5' à 3', XRN1. Un autre mécanisme de dégradation implique la suppression complète de la queue poly-(A) 3' par les deadénylases et la dégradation subséquente des 3' non protégés se termine par le complexe d’exosomes cytoplasmiques dans la direction 3' à 5'. La dégradation 5' à 3' de l’ARNm est une voie majeure chez la levure, tandis que la dégradation 3' à 5' de l’ARNm est majeure dans les cellules de mammifères ; cependant, l’ARNm peut également être dégradé par les deux mécanismes en même temps. Dans certains ARNm, la déadénylation n’est pas une condition préalable à la dégradation.  Un mécanisme implique le décapsulage de l’extrémité 5' suivi de la dégradation 5' à 3' de l’ARNm à l’aide de l’exonucléase XRN1. L’autre voie de dégradation moins observée implique un clivage interne de l’ARNm à l’aide d’endonucléases. Les extrémités non protégées naissantes de l’ARNm cassé peuvent alors être facilement dégradées dans les directions 5' à 3' et 3' à 5' à l’aide, respectivement, de XRN1 et du complexe d’exosomes.