La fonction de la β-caténine est déterminée co-traductionnellement par ses partenaires

β-catenin function is determined co-translationally by its partners.

• Auteur / Autrice : Soha Salloum
• Direction : Édouard Bertrand
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Biologie Santé
• Date : Inscription en doctorat le ; Soutenance le 18/12/2023
• Etablissement(s) : Université de Montpellier (2022-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences Chimiques et Biologiques pour la Santé (Montpellier ; Ecole Doctorale ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : IGH - Institut de Génétique Humaine
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Biologie cellulaire de l’ARN
• Jury : Président / Présidente : Philippe Jay
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Edouard Bertrand, Florence Besse, Pierre-Emmanuel Gleizes, Sabine Colnot, Dominique Weil
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Florence Besse, Pierre-Emmanuel Gleizes

Mots clés

Mots clés libres

Localisation d'ARN

Interaction co-traductionnelle

B-catenin

Wnt pathway

Apc

Destruction complex

MRNA localization

Co-translational interaction

B-catenin

Wnt pathway

Apc

Destruction complex

Résumé

Β-caténine localisée au niveau des jonctions adhérentes est stable, tandis que celle présente dans le cytoplasme est rapidement liée et dégradée par le complexe de destruction, composé d'APC, d'Axin1 et de GSK3β. En présence de Wnt, cependant, le complexe de destruction est inactivé et la β-caténine cytoplasmique est stabilisée, pouvant ainsi pénétrer dans le noyau pour activer la transcription des gènes cibles. Nous avons effectué un dépistage à grande échelle par smFISH (Single Molecule Fluorescence In Situ Hybridization) et il a révélé que les ARNm de la β-caténine ont une localisation cytoplasmique inhabituelle : ils s'accumulent en foyers qui ne sont ni des P-bodies ni des granules de stress. Ces foyers d'ARNm contiennent le complexe de destruction et la protéine β-caténine naissante, et que ces foyers se dissolvent lors de l'activation de la voie Wnt. Ils fonctionnent ainsi comme des usines de traduction régulées qui favorisent la dégradation co-translationnelle de la β-caténine. L'immunoprécipitation de l'APC et de l'Axin1 suivie du séquençage de l'ARN a confirmé que le complexe de destruction se lie aux ARNm de la β-caténine. Ces interactions ont été abolies par l'inhibition de la traduction, ce qui indique que l'APC et l'Axin1 se lient à la protéine β-caténine naissante plutôt qu'à son ARNm directement. In situ, les foyers d'ARNm de la β-caténine disparaissaient lors de l'inhibition de la traduction. Cela suggère qu'ils se forment par condensation des polysomes, induite par les interactions multivalentes que l'APC établit avec la β-caténine naissante. Les données précédentes démontrent que la dégradation de la β-caténine est déterminée pendant sa synthèse par le ribosome, mais elles n'expliquent pas comment un pool de β-caténine échappe à la dégradation pour atteindre l'E-cadhérine à la membrane plasmique. Nous avons émis l'hypothèse que les cellules pourraient avoir un deuxième pool d'ARNm de la β-caténine spécialisé dans la synthèse de la β-caténine de la membrane plasmique. En effet, l'immunoprécipitation de l'E-cadhérine suivie du séquençage de l'ARN a révélé une association avec l'ARNm de la β-caténine, qui dépend également de la traduction. De plus, des expériences de marquage de l'ARNm de la β-caténine avec l'APC et l'E-cadhérine ont montré que certains ARNm co-localisaient avec l'APC dans le cytoplasme, tandis que d'autres se localisaient à la membrane plasmique avec l'E-cadhérine. Ces données montrent que grâce à des interactions co-translationnelles distinctes, l'ARNm de la β-caténine génère deux types de polysomes qui se séparent spatialement dans la cellule pour synthétiser des protéines identiques ayant des destins et des fonctions différentes. Nous appelons ce mécanisme innovant le tri des polysomes. Nos expériences à l'échelle du génome suggèrent que plusieurs ARNm pourraient être soumis au tri des polysomes, offrant ainsi un mécanisme original pour réguler les protéines multifonctionnelles.

Many proteins participate in biochemically distinct complexes that have unrelated functions. A well-known example is β-catenin, which can either bridge E-cadherin to the actin cytoskeleton at adherent junctions, or act as the main transcription factor of the Wnt pathway. In the absence of Wnt signaling, the β-catenin protein localized at adherent junctions is stable whereas the cytoplasmic one is rapidly bound and degraded by the co-called destruction complex, composed of APC, Axin1 and GSK3β. In presence of Wnt however, the destruction complex is inactivated and the cytoplasmic β-catenin is stabilized and can enter the nucleus to activate transcription of target genes. We performed a large-scale smFISH screen and it revealed that β-catenin mRNAs have an unusual cytoplasmic localization: they accumulate in foci that are not P-bodies or stress granules. These mRNA foci contain the destruction complex and nascent β-catenin protein, and they dissolve upon activation of the Wnt pathway. They thus function as regulated translation factories that promote the co-translational degradation of β-catenin. Immunoprecipitation of APC and Axin1 followed by RNA sequencing confirmed that the destruction complex binds β-catenin mRNAs. These interactions were disrupted by translation inhibition, indicating that APC and Axin1 bind nascent β-catenin protein rather than directly its mRNA. In situ, β-catenin mRNA foci were dissolved by translation inhibition. This suggests that they form by polysome condensation, induced by the multivalent interactions that APC makes with nascent β-catenin. The previous data demonstrate that β-catenin degradation is determined while it is synthesized by the ribosome, but they do not explain how a pool of β-catenin escapes degradation to reach E-cadherin at the plasma membrane. We hypothesized that cells might have a second pool of β-catenin mRNA that would be specialized in the synthesis of plasma membrane β-catenin. Indeed, immunoprecipitation of E-cadherin followed by RNA sequencing revealed an association with β-catenin mRNA, which was also translation dependent. Moreover, labeling experiments of β-catenin mRNA with APC and E-cadherin showed that some mRNAs co-localized with APC in the cytosol, while others localized at the plasma membrane with E-cadherin. These data show that by virtue of distinct co-translational interactions, β-catenin mRNA generates two types of polysomes that segregate spatially in the cell, to synthesize identical proteins that will have different fates and functions. We refer to this novel mechanism as polysome sorting. Our genome-wide experiments suggest that several mRNAs could be subjected to polysome sorting, providing an original mechanism to regulate multifunctional proteins.