Le rôle d'une protéine de liaison à l'ARNm YB-1 dans la formation de granules de stress et traduction

The role of an mRNA-binding protein YB-1 in formation of stress granules and translation

• Auteur / Autrice : Karina Budkina
• Direction : David Pastre, Lev P. Ovchinnikov
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la vie et de la santé
• Date : Soutenance le 18/03/2021
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay en cotutelle avec Institute of Protein Research de l'Académie des Sciences Russe (Pushchino, région de Moscou, Russie)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Structure et dynamique des systèmes vivants (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Structure et activité des biomolécules normales et pathologiques (Evry, Essonne ; 2007-....)
• Partenaire(s) de recherche : Référent : Université d'Évry-Val-d'Essonne (1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Life Sciences and Health (2020-….)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Lev P. Ovchinnikov, Dominique Weil, Philippe Savarin, Julia Morales, Olga Lavrik, Dmitry Lyabin
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Dominique Weil, Philippe Savarin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Biologie cellulaire

Résonance magnétique nucléaire

Granulations cytoplasmiques

Protéine-1 de liaison à la boîte Y

ARN messagers

Protéines de liaison à l'ARN

Mots clés libres

Protéine de liaison à l'ARN

ARNm

Yb-1

Granule de stress

Rmn

Biologie cellulaire

RNA-Binding protein

Mrna

Yb-1

Stress granule

Nmr

Cell biology

Résumé

Au cours de la vie de l'ARNm dans la cellule, l'ARNm existe en complexe avec des protéines et n'est jamais libre. Dans le cytoplasme, l'ARNm actif est associé aux ribosomes pour former les polyribosomes tandis que les ARNm réprimés s’associent avec certaines protéines de liaison à l'ARN (RBP) pour former des mRNP. Les mRNP réprimés sont généralement isolés dans le cytoplasme mais ils peuvent également être trouvés dans des compartiments appelés granules d’ARN, notamment lors d'un stress cellulaire. Ces granules d’ARN sont des organelles non membranaires contenant principalement de l'ARNm inactif et coexistent avec des polysomes. Selon les conditions environnementales, il y a un changement dans le ratio des ARNms trouvés dans les granules d’ARN ou dans les polysomes. De plus, il existe des différences dans la teneur en ARNm des différents types de ces organelles en fonction de leur localisation et de leurs fonctions. Actuellement, les granules de stress présentent un grand intérêt pour les chercheurs en raison de leur relation avec certaines maladies neurologiques. Les mutations trouvées dans certaines protéines de liaison à l'ARN telles que TDP43 et FUS sont directement liées à certaines maladies neurodégénératives telles que la sclérose latérale amyotrophique (SLA), la démence frontotemporale (FTLD) et la maladie d'Alzheimer (MA). Dans les neurones affectés, TDP-43 et FUS forment des agrégats cytoplasmiques alors que ces protéines se trouvent généralement dans le noyau dans des conditions physiologiques. Comme elles ont également été trouvées dans les granules de stress cytoplasmiques, les granules de stress peuvent servir d'intermédiaires pour la formation d'agrégats de FUS et TDP-43. En outre, FUS et TDP-43 contiennent des régions intrinsèquement désordonnées (IDR) qui contribuent à leur agrégation.La formation de granules de stress est stimulée par l'exposition à différents facteurs internes et / ou externes. Les granules de stress servent de lieu de stabilisation des ARNm et à les maintenir inactifs jusqu'à ce que les facteurs de stress disparaissent. On considère que les structures secondaires de l'ARNm jouent un rôle important dans l'assemblage des granules de stress. De telles structures servent aussi de sites de liaison pour les RBP, qui les stabilisent davantage (par exemple G3BP). La protéine de liaison Y-box 1 (YB-1) a également été identifiée comme un marqueur pour les granules de stress. YB-1 est une protéine de liaison à l'ARN qui accompagne l'ARNm dès sa synthèse dans le noyau jusqu’à sa dégradation dans le cytoplasme. YB-1 contient un domaine de choc froid (CSD) avec deux motifs de reconnaissance d'ARN (RNP-1 et RNP-2), ainsi qu'un domaine CTD non structuré similaire aux IDR. Pour la plupart des protéines impliquées dans la formation des granules de stress, leur activité stimulante de l'IDR dans ce processus a été démontrée. Dans le même temps, il existe quelques controverses concernant le rôle de YB-1 dans l'assemblage des granules de stress. Selon certains modèles, il y a lieu de le considérer comme un régulateur négatif dans la formation des granules de stress. Selon d'autres, YB-1 présente les propriétés d'un agent favorisant de l'assemblage de granules de stress. Par ailleurs, peu de travaux ont n'a été faits pour déchiffrer l'action de la protéine sur la traduction sous stress oxydatif. Ici, notre objectif était de démêler les mécanismes structuraux par lesquels YB-1 peut réguler négativement la formation de granules de stress et de clarifier son influence sur la traduction dans des conditions de stress.

During mRNA life in cell mRNA exists in complex with proteins and is never free. In the cytoplasm, active mRNA is associated with ribosomes to form polyribosomes while repressed mRNAs in association with RNA-binding proteins forms mRNPs. Repressed mRNPs are generally isolated in the cytoplasm but they can also be found in compartments called mRNP granules, notably during cellular stress. Such mRNP granules are non-membrane organelles contains mostly translationally inactive mRNA and coexist with polysomes. Depending on the environmental conditions, there is a change in the ratio of mRNA found in these types of granules or in polysomes. In addition, there are differences in the mRNA content of the different types of such organelles depending on their localization and functions. Currently, stress granules are of great interest to researchers due to their relation to some neurological diseases. Mutations of some RNA-binding proteins such asTDP43 and FUS are directly linked to some neurodegenerative diseases such as amyotrophic lateral sclerosis (ALS), frontotemporal dementia (FTLD), and Alzheimer's disease (AD). In the affected neurons, TDP-43 and FUS form cytoplasmic aggregates while these proteins are generally found in the nucleus under physiological conditions. As they were also found in cytoplasmic stress granules, stress granules may serve as intermediates for the formation of FUS and TDP-43 aggregates. In addition, FUS and TDP-43 contain intrinsically disordered regions (IDRs) which contribute to their aggregation. The formation of stress granules is stimulated by exposure to different internal and/or external factors. Stress granules serve as a place for mRNA stabilization and keeping it inactive until stress factors disappear. It is considered that secondary structures of mRNA play a significant role in the assembly of stress granules. Such structures serve as binding sites for RBPs, which further stabilize them (e.g. G3BP). The Y-box binding protein 1 (YB-1) was also identified as a marker for stress granules. YB-1 is an RNA-binding protein that accompanies mRNA from its synthesis in the nucleus to degradation in the cytoplasm. YB-1 contains a cold shock domain (CSD) with two RNA-recognition motifs (RNP-1 and RNP-2), as well as an unstructured CTD domain similar to IDRs. For most of the proteins involved in the formation of stress granules, their stimulating activity of IDR in this process has been shown. At the same time, there are some controversies regarding the role of YB-1 in the assembly of granules. According to some sources, there is reason to consider it as a negative regulator. According to others, YB-1 exhibits the properties of an inducer during the assembly of stress granules. At the same time, no attempts were made to decipher the mechanism of action of the protein under oxidative stress.Here our aim was to unravel the structural mechanisms by which YB-1 can negatively regulate the formation of stress granules and to clarify its influence on translation in stress conditions.