Hétérogénéité de composition du ribosome au cours de la transition épithélio-mésenchymateuse

Ribosome heterogeneity during epithelial-to-mesenchymal transition

• Auteur / Autrice : Chloé Morin
• Direction : Virginie Marcel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Santé humaine
• Date : Soutenance le 10/11/2023
• Etablissement(s) : Lyon 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de Biologie Moléculaire Intégrative et Cellulaire (Lyon ; 1999-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de Recherche en Cancérologie de Lyon
• Jury : Président / Présidente : Ulrich Valcourt
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Clément Chapat, Célia Plisson-Chastang, Julie Caramel, Alexandre David
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Clément Chapat, Célia Plisson-Chastang

Mots clés

Mots clés contrôlés

Transition épithélio-mésenchymateuse

ARN ribosomiques

Traduction génétique

Ribosomes

Mots clés libres

Ribosome

Traduction

EMT

2'OME

Protéine ribosomique

Ribosome

Translation

EMT

2'OME

Ribosomal protein

Résumé

Le ribosome est la machinerie cellulaire réalisant l’une des dernières étapes de l’expression génique : la traduction. Composé de 4 ARNs ribosomiques (ARNr) et 80 protéines ribosomiques chez l’Homme répartis en 2 sous-unités, le ribosome a pendant longtemps été vu comme un complexe ribonucléoprotéique homogène et invariable du fait de l’importance de sa composition dans sa structuration et donc sa fonction. Or, dès sa découverte dans les années 1950, plusieurs études suggéraient déjà une hétérogénéité de composition du ribosome. Il faudra néanmoins attendre les années 2000 pour que le dogme du ribosome invariant soit remis en cause par une vision plus hétérogène de sa composition. A l’heure actuelle, une hétérogénéité de composition du ribosome a été observée au niveau des ARNr et des protéines ribosomiques dans différents contextes physio-pathologiques, grâce à des techniques expérimentales ou omiques. Cependant, l’impact fonctionnel de ces modifications de composition du ribosome n’a pas toujours été caractérisé. Quelques rares études ont néanmoins permis de lier hétérogénéité de composition du ribosome et traduction préférentielle de certains ARN messagers. D’un point de vue phénotypique, il est clair que des anomalies des protéines ribosomiques, en particulier mutation et expression substœchiométrie, impactent le comportement cellulaire, aboutissant à des défauts développementaux par exemple. Le lien entre hétérogénéité de composition du ribosome et phénotype est moins démontré dans le cas des modifications chimiques des ARNr malgré une forte association entre 2’-O-ribose méthylation et cancer. Cependant, ces études ont été purement comparatives de deux états cellulaires distincts (e.g., cancer vs sains) et n’ont pas permis d’évaluer l’importance de la composition du ribosome dans la dynamique cellulaire et/ou phénotypique. La transition épithélio-mésenchymateuse (EMT) est à ce jour l’un des processus cellulaires dynamiques et réversibles les mieux caractérisés. L’EMT permet aux cellules épithéliales de se transdifférencier en cellules mésenchymateuses, afin, entre autres, de se mouvoir dans l’organisme. Ce processus physiologique est essentiel au cours de l’embryogenèse, la cicatrisation, mais également la progression métastatique. Décrite depuis les années 1970, l’EMT est très bien caractérisée des points de vue épigénétique et transcriptomique. Cependant, bien que certaines études soulèvent le rôle de la machinerie traductionnelle au cours de l’EMT, aucune étude n’a permis de caractériser l’apport relatif de la régulation traductionnelle par rapport à la régulation transcriptionnelle, ni même les modulations de la composition du ribosome. Or, dans la mesure où plusieurs consortiums déplorent actuellement le manque de nouvelles approches permettant de mieux caractériser et comprendre les mécanismes moléculaires, cellulaires et phénotypiques de l’EMT, l’étude de la traduction et du ribosome pourrait permettre d’apporter ce nouveau regard. Les travaux réalisés au cours de mon doctorat démontrent tout d’abord l’existence d’une hétérogénéité de composition du ribosome au cours de l’EMT au niveau des ARNr et protéines ribosomiques, à la fois entre les états stables mais également au cours de la dynamique de l’EMT. L’hétérogénéité de composition du ribosome observée dans des échantillons de cancers du sein et des lignées cellulaires permet de différencier des cellules aux caractéristiques mésenchymateuses versus épithéliales. D’un point de vue moléculaire, nos données permettent également de définir que la régulation traductionnelle est au moins aussi importante que la régulation transcriptionnelle, quantitativement, au cours de l’EMT. Enfin, nos résultats montrent que la modification de composition du ribosome au niveau d’une seule protéine ribosomique permet l’initiation de l’EMT in vitro. L’ensemble de ces travaux soutiennent le fait que la plasticité de composition du ribosome contribue au changement d’identité cellulaire.

The ribosome is the cellular machinery responsible for the last step of gene expression: translation. The human ribosome contains 4 ribosomal RNAs (rRNAs) and 80 ribosomal proteins which are separated in 2 subunits. This structure has been shown for a long time as a homogeneous and invariable ribonucleoproteic complex as its activity relies on its composition. However, since its discovery in the 1950’s, several studies already suggested a heterogeneity in ribosome composition. Despite these observations, the dogma of a homogenous ribosome has been questioned only in the 2000’s. Today, ribosome heterogeneity is observed at rRNA and ribosomal protein levels in various physio-pathological contexts, either through wet lab or omics experiments. Nonetheless, the functional impact of these ribosome composition modifications is not always characterized. Some rare studies demonstrated link between heterogeneous ribosome and preferential translation of some messenger RNAs. In a phenotypic point of view, it is clear that alterations in ribosomal protein composition, in particular gene mutations or substoechiometric expression, impact cellular behavior, leading to developmental defects for example. The link between heterogeneity in ribosome composition and phenotype is less described for rRNA modifications. However, a strong association between 2’-O-ribose methylation and cancer is documented. As these studies has been performed in a comparative point of view, they did not evaluate the importance of ribosome composition in cellular dynamic and/or phenotype. To date, epithelial-mesenchymal transition (EMT) is one of the best characterized reversible and dynamic cellular process. EMT allows epithelial cells to transdifferentiate into mesenchymal cell to acquire new capacities such as motility. This physiological process is essential during embryogenesis and wound-healing, as well as metastatic progression. Described since the 1970’s, EMT is well characterized at both epigenetic and transcriptomic levels. However, while several studies suggest a role for translational machinery during EMT, no study neither characterized the relative contribution of translational regulation compared to transcriptional one, nor the ribosome composition modulations. Therefore, while several consortiums ask for new scientific approaches to decipher molecular, cellular and phenotypic events of EMT, the characterization of translation and ribosome may offer a new point of view for EMT characterization. The studies performed during my PhD first demonstrate a heterogeneity in ribosome composition during EMT, at both rRNA and ribosomal protein levels, in both EMT stable states and dynamic EMT contexts. Ribosome heterogeneity is also observed in breast cancer samples and cell lines, and allow to distinguish cells showing mesenchymal traits from cells showing epithelial ones. In a molecular point of view, our results show that translational regulation is as quantitatively important as transcriptional regulation during EMT. Last but not least, our data demonstrate that the modification of the substoechiometry of only one ribosomal protein induces EMT in vitro. Altogether, our results sustain that ribosome composition plasticity contribute in cellular identity changes.