Projet ANR-15-CE11-0003 – lincRNPs : Principes moleculaires de reconnaissance entre la proteine Polycomb SCML2A et longs ARN non-codants
Programme : Etude des systèmes biologiques, de leur dynamique, des interactions et inter-conversions au niveau moléculaire (DS0401) 2015
Année de financement : 2015
Coordinateur du projet : Monsieur Marco Marcia (CNRS-UJF-EMBL International Unit (UMI 3265))
Partenaires : Laboratoire public
Montant : 246504.0 euros
Date de début : 2015
Durée : 36 mois
Résumé : Les complexes PRC1 et PRC2 (de l’anglais: «Polycomb repressive complexes») sont des complexes protéiques conservés au cours de l’évolution, qui régulent l’embryogenèse et la différentiation des cellules souches. Ces complexes modifient chimiquement la chromatine par ubiquitination ou méthylation des sites de régulation de la transcription et inhibent de cette façon l’expression de certains gènes cibles. PRC1 et PRC2 sont régulés par des longs ARN non-codants (lncRNAs), de plus de 200 nucléotides, dont l’expression et la localisation sont régulées au cours du développement cellulaire. Parmi les lncRNAs qui interagissent avec PRC1 et PRC2, un des mieux caractérisés est HOTAIR, un ARN de 2200 nucléotides, épissé et polyadénylé. Dans les tissus périphériques de l’organisme, HOTAIR inhibe la transcription des gènes homéotiques et régule soit la différentiation physiologique des cellules de l’épiderme, soit le développement incontrôlé des cellules cancéreuses en conditions pathologiques. En liant les lncRNAs, PRC1 et PRC2 forment des ribonucléoprotéines (lincRNPs). La composante ARN de ces complexes module l’activité enzymatique des sous-unités catalytiques des protéines. Pourtant, les détails moléculaires des interactions entre protéines et les lncRNAs sont peu connus, en partie dû au manque d’informations structurelles.
Chez l’homme, la protéine Polycomb SCML2A, une sous-unité de PRC1, interagit avec plusieurs lncRNAs, incluant HOTAIR. Cette interaction recrute SCML2A à des endroits spécifiques de la chromatine, en particulier au niveau des gènes qui sont également ciblés par PRC2 et HOTAIR, comme le gène HOXD8 et des gènes impliqués dans le développement et la différenciation des neurones. SCML2A est donc un régulateur clé du processus d’extinction des gènes médié par les complexes Polycomb. De façon non surprenante, elle est donc impliquée dans plusieurs maladies neurologiques et certains cancers comme le médulloblastome, une tumeur cérébrale ayant un haut taux d’incidence chez les sujets pédiatriques. SCML2A interagit avec les lncRNAs par l’intermédiaire d’un domaine de liaison à l’ARN (RBR, de l’anglais: «RNA-binding region»), dont la structure tridimensionnelle est inconnue. Cette interaction accroit l’activité enzymatique de PRC1. Pour l’instant, les détails du mécanisme moléculaire d’association entre SCML2A et les lncRNAs demeurent à être élucidés. Cependant, à la différence d’autres interactions non-spécifiques entre certaines protéines et des lncRNAs, les interactions entre SCML2A et les lncRNAs sont fortes et très spécifiques, ce qui en fait des cibles idéales pour des études structurales.
Pour mieux comprendre la fonction des lincRNPs formés par SCML2A, nous allons étudier la structure et la fonction du complexe SCML2A-HOTAIR, et son association avec PRC1 et la chromatine. Nous identifierons les domaines fonctionnels minimaux de SCML2A, HOTAIR et PRC1 et nous déterminerons leurs structures avec une approche biophysique multidisciplinaire, qui inclut la cristallisation aux rayons X, la résonance magnétique nucléaire, la microscopie électronique et la diffusion des rayons X et des neutrons aux petits angles. Des études fonctionnelles in vitro, en culture cellulaire et dans un modèle murin complémenterons nos études structurales. Spécifiquement, notre étude révèlera comment HOTAIR régule l’association de SCML2A et PRC1 à la chromatine et l’ubiquitination des histones. De manière plus générale, nos études lèveront le voile sur un mécanisme conservé entourant l’association entre les protéines Polycomb et les lncRNAs. En conséquence, ce projet a un intérêt exceptionnel dans les domaines de la biologie structurale, de l’oncologie, de la neurobiologie et de la pharmacologie, représentant ainsi une étude novatrice et nécessaire pour caractériser les lincRNPs, dont plusieurs structures seront certainement déterminées dans les années à venir.