Régulation de la réponse au stress dans les cancers par la traduction dépendant des G-quadruplexes ARN

Translational control of the cellular stress response by RNA G-quadruplexes

• Auteur / Autrice : Pauline Herviou
• Direction : Stefania Millevoi, Anne Veyrier-Cammas
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génétique moléculaire
• Date : Soutenance le 11/03/2022
• Etablissement(s) : Toulouse 3
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Biologie Santé Biotechnologies (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de Recherche en Cancérologie de Toulouse (2011-....)
• Jury : Président / Présidente : Stéphane Pyronnet
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Mojgan Djavaheri-Mergny, Franck Martin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Stress -- Physiologie

Protéines de liaison à l'ARN

G-quadruplexes

Mots clés libres

Traduction

G-quadruplexe

Protéine de liaison à l’ARN

Cancer

Réponse au stress

Translation

G-quadruplex

RNA Binding Protein

Cancer

Stress response

Résumé

Les cellules cancéreuses détournent les mécanismes post-transcriptionnels de l’expression des gènes pour s’adapter aux conditions stressantes du microenvironnement tumoral. En particulier, la dérégulation de la traduction des ARNm joue un rôle crucial dans la modulation quantitative et qualitative du protéome des cellules cancéreuses sujettes à un stress, assurant ainsi une réponse rapide, efficace et réversible indispensable à la survie cellulaire. Un défi majeur dans le domaine consiste à décortiquer les mécanismes moléculaires impliqués dans le couplage de la traduction à ces processus ainsi que les conséquences fonctionnelles de ces dérégulations sur les cellules cancéreuses. L’objectif de ma thèse consistait à relever ce défi en me focalisant sur des structures secondaires non-canoniques de l’ARN, appelées G-quadruplexes (RG4s). En dépit de leur stabilité importante in vitro, la structuration des RG4s est transitoire et dynamique dans les cellules, suggérant un contrôle fin de leur état de structuration et de leur fonction par des protéines de liaison à l’ARN (RBP). Mes travaux de thèse ont ainsi visé à (i) identifier et caractériser les RBP régulant la structure des RG4s, (ii) étudier le rôle des interactions RG4-RBP dans le contrôle de la traduction des ARNm et (iii) déterminer l’impact de ces régulations sur la réponse cellulaire au stress induit par les traitements anticancéreux. Grâce à un crible protéomique, nous avons pu identifier les protéines cytoplasmiques qui interagissent avec un RG4 structuré et celles qui lient la séquence non-structurée. Nous avons montré que les RBP hnRNP HF et l’hélicase DHX36 collaborent pour moduler l’intégrité structurale des RG4s et réguler la traduction d’ARNm codant des protéines impliquées dans le maintien de l’intégrité génétique et la réponse cellulaire au stress. Ces travaux ont non seulement permis d’établir un lien entre traduction RG4-dépendante et instabilité génétique mais aussi d’associer ce lien à un rôle dans la résistance aux traitements génotoxiques dans les glioblastomes, des tumeurs cérébrales de très mauvais pronostic. Par ailleurs, nos travaux ont identifié les RG4s comme des régulateurs de l'autophagie, un mécanisme crucial pour le maintien de l'homéostasie cellulaire en situation de stress et relié au développement tumoral et à la résistance aux thérapies anti-cancéreuses. En conclusion, mes travaux de thèse démontrent que les interactions RG4-RBP jouent un rôle central dans le contrôle traductionnel associé à la réponse au stress, contribuant ainsi à la résistance aux traitements.

Cancer cells hijack post-transcriptional mechanisms of gene expression to adapt to stressful conditions in the tumor microenvironment. In particular, dysregulations of mRNA translation play a crucial role in the quantitative and qualitative modulation of the proteome of cancer cells under stress, thus ensuring a rapid, efficient and reversible response essential for cell survival. A major challenge in the field is to unravel the molecular mechanisms involved in the coupling of translation to these processes as well as the functional consequences of these dysregulations in cancer cells. The objective of my thesis was to address this challenge by focusing on non-canonical RNA secondary structures, called G-quadruplexes (RG4s). Despite their great stability in vitro, RG4 formation is dynamic and transient in cells, suggesting that their folding state and function are tightly regulated by RNA binding proteins (RBP). My thesis aimed at (i) identifying and characterizing the RBP that regulate RG4 dynamics in cells, (ii) studying the role of RG4-RBP interactions in the control of mRNA translation and (iii) determining the impact of these regulations on the cellular response to stress induced by anti-cancer treatments. Using a proteomic screen, we were able to identify cytoplasmic proteins that interact with RG4s in their folded or unfolded conformation. We showed that the RBP hnRNP HF and the RNA helicase DHX36 collaborate to modulate the structural integrity of RG4s and regulate the translation of RG4-containing mRNAs encoding proteins involved in the cellular response to DNA damage-induced stress. This work not only established a link between RG4-dependent translation and genomic instability but also provided evidence for a role of these mechanisms in the resistance to genotoxic drugs in glioblastoma, one of the deadliest forms of brain cancer. Furthermore, our work identified RG4s as regulators of autophagy, a crucial mechanism for the maintenance of cellular homeostasis under stress involved in tumor development and therapy resistance. Overall, my thesis demonstrates that RG4-RBP interactions play a central role in the translational control underlying the stress response, thus contributing to tumor development and treatment resistance.