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Blanc - SVSE 8 - Biochimie, biologie moléculaire et structurale (Blanc SVSE 8)
Edition 2012


So-FragileX


Rôle du complexe SoSLIP/FMRP (Fragile X Mental Retardation Protein) dans la régulation de la traduction.

Le rôle du complexe SoSLIP/FMRP (Fragile X Mental Retardation Protein) dans la régulation de la traduction
Le syndrome de l’X Fragile est la forme la plus commune de retard mental héréditaire. Ce syndrome est causé par l’absence de FMRP, une protéine qui lie l’ARN et est impliquée dans plusieurs étapes du métabolisme de l’ARN. On propose ici d’étudier le rôle du complexe FMRP/SoSLIP dans la régulation de la traduction.

Déchiffrer le rôle of FMRP comme régulateur de la traduction
i) Comprendre la régulation de l’expression de la Sod1 (dont l’ARNm contienne la structure SoSLIP) dans le cerveau pour avoir plus d’informations sur la physiopathologie du Syndrome de l’X Fragile
ii) La recherche d’autres ARNm contenants des éléments SoSLIP ou SoSLIP-like qui va permettre de comprendre le rôle de cette structure dans la régulation de la traduction ;
iii) L’identification de facteurs qui se lient à SoSLIP qui va aussi permettre de mieux comprendre certains aspects de régulation de la traduction ;
iv) La compréhension de la thermodynamique de l’interaction FMRP/SoSLIP ;
v) Déterminer la structure par cristallographie du complexe FMRP/SoSLIP ;
vi) Comprendre le mécanisme de reconnaissance (et discrimination) de FMRP pour les différentes structures ARN (SoSLIP, G-quadruplex) qu’il lie. Surtout que ces structures, bien que différentes, sont liées par le même domaine : le RGG box.

Le travail de chercheurs avec formations complémentaires permettra d’explorer: la structure et les bases moléculaires de la régulation de la traduction, d’identifier des nouveaux cibles de FMRP
1. Approche structurale pour étudier les bases moléculaires de l’interaction FMRP/SoSLIP
2. Recherche de ARNms qui contiennent la séquence SoSLIP (ou SoSLIP-like) en utilisant une approche in silico. La validation sera faite in vitro and in vivo par des techniques de biologie moléculaire et cellulaire
3. Recherche de protéines qui interagissent avec l’ARN SoSLIP par spectrométrie de masse. MALDI-TOF-TOF.

Résultats

A présent nous avons démarré les différentes parties du projet.

Perspectives

Ce projet permettra d'obtenir une meilleure compréhension du complexe FMRP / SoSLIP et de son rôle dans le control du niveau d’expression d'expression de la SOD1 dans le cerveau.
Sod1 a des propriétés antioxydants et une augmentation modérée du stress oxydatif dans le cerveau de souris FMR1 knock-out a été décrite. De plus, il est possible de sauver des anomalies comportementales chez ces souris (qui sont le modèle de ce syndrome) en les traitant avec des antioxydants. Récemment, nous avons combiné une approche chimique, biochimiques et bioinformatiques afin de mieux caractériser les voies de signalisation qui sont modifiés en l'absence de FMRP dans différentes régions du cerveau. Par cette étude, nous avons pu souligner le rôle central de la SOD1 dans la physiopathologie de FXS. D’une façon intéressante, le stress oxydatif a été montré jouer un rôle dans la physiopathologie d’autres formes de retard mental et d'autisme. Pour toutes ces raisons, une étude sur la régulation de l'expression de la SOD1 est du plus haut intérêt pour la définition de la physiopathologie du FXS mais aussi du retard mental et de l’autisme.

Productions scientifiques et brevets

Sur ce sujet:
-Davidovic L, Navratil V, Bonaccorso C.M., post-transcriptional RNA-metabolism and RNA-binding proteins: 3 actors for a complex scenario. Catania M.V., Bardoni B, Dumas M. (2011) – A metabolomic and system biology perspective on the brain of the Fragile X syndrome mouse model. Genome Res. 21, 2190- 2202
-Bechara E, Didiot, MC, Melko M, Davidovic L, Bensaid M, Martin P, Castets M, Pognonec P, Khandjian E, Moine H, Bardoni B. (2009) A Novel Function of Fragile X Mental Retardation Protein in translational activation. PLoS Biology, Jan 20;7(1):e16

Partenaires

CNRS UMR7275 - IPMC IPMC - INSTITUT DE PHARMACOLOGIE MOLECULAIRE ET CELLULAIRE

CNRS UPR9002 Institut de Biologie Moléculaire et Cellulaire

IGBMC Institut de Génétique et de Biologie Moléculaire et Cellulaire

INRA UR0875 UBIA

Aide de l'ANR 400 000 euros
Début et durée du projet scientifique février 2013 - 36 mois

Résumé de soumission

Le syndrome de l’ X Fragile (FXS) représente la forme la plus commune de retard mental héréditaire. Ce syndrome est dû à l’absence de la protéine FMRP, une protéine de liaison aux ARN impliquée dans diverses étapes du métabolisme des ARN messagers.
En dépit de l’importance de la fonction de FMRP, la spécificité de liaison aux ARNm de cette protéine n'est pas encore complètement comprise. Même si plusieurs centaines de cibles ARNm putatives ont déjà été proposées, la démonstration de leur liaison directe à FMRP et l’importance fonctionnelle de ces interactions n’ont pas encore été démontrées. Jusqu'à présent, trois motifs ARN ont été trouvés spécifier l’interaction FMRP/RNA: le G-quadruplex, le «kissing complex» et SoSLIP (Sod1 mRNA Stem Loops Interacting with FMRP). Tandis qu’aucun ARNm naturel contenant un kissing-complex n’a pu être trouvé interagir avec FMRP, plusieurs ARNm contenant un G-quadruplex ont été caractérisés comme cible de FMRP. FMRP agit comme répresseur de la traduction quand il interagit avec des ARNm pourvus d'un G-quadruplex ou d'un kissing complex. Par contre, l’interaction de FMRP avec SoSLIP a révélé un nouveau rôle de FMRP comme modulateur positif de la traduction. Ce motif est caractérisé par la présence de trois structures tige-boucles dans lesquelles FMRP induit des modifications. SoSLIP est essentiel dans l'activation de la traduction dont l’action est potentialisée par l'interaction avec FMRP. De manière remarquable, l’absence de FMRP dans les cellules neuronales entraîne une diminution de l’expression de Sod1.
Notre projet vise à déchiffrer le rôle de FMRP comme modulateur traductionnel. Jusqu'à présent FMRP était proposé comme un répresseur de la traduction de l'ARNm. Nous avons pu récemment démontrer pour FMRP un rôle d’ activateur de la traduction, ce qui soulève plusieurs questions. En effet, l’interaction de FMRP avec un ARNm formant une structure G-quadruplex localisée en 5'UTR entraîne la répression traductionnelle de cet ARNm (e.g. MAP1B, PP2Ac). Le motif SoSLIP induit donc un effet opposé à celui d’un G-quadruplex. Par conséquent, la connaissance de l’organisation tridimensionnelle du complexe SoSLIP/FMRP et de son organisation avec les différents acteurs de la traduction (polyribosomes et facteurs de régulation de la traduction) seront essentielles pour comprendre ce mécanisme. Sous l'hypothèse que SoSLIP est un nouveau moyen de régulation de la traduction, ce projet vise aussi à identifier les protéines interactrices et modulatrices du motif SoSLIP. Enfin, ce projet permettra également d'identifier et de caractériser de nouvelles cibles ARN de FMRP et d'ouvrir de nouvelles perspectives de voies thérapeutiques pour le traitement du FXS. En effet, sur la base de l’hypothèse que certains éléments de séquence et/ou structure du motif SoSLIP sont nécessaires à l’interaction entre FMRP et un ARNm, l’utilisation d’une approche bioinformatique nous permettra d’identifier l'ensemble des ARNm contenant des motifs similaires à SoSLIP et de les valider ensuite avec des moyens experimentaux.
Dans ce projet, la collaboration entre scientifiques d’expertises variées permettra d'explorer de nombreux aspects complémentaires: structure, bases moléculaires de la régulation de la traduction au niveau du soma neuronal et au niveau synaptique, recherche in silico de nouvelles cibles d'ARN pour FMRP et leur validation in vitro et in vivo.

 

Programme ANR : Blanc - SVSE 8 - Biochimie, biologie moléculaire et structurale (Blanc SVSE 8) 2012

Référence projet : ANR-12-BSV8-0022

Coordinateur du projet :
Madame Barbara Bardoni (IPMC - INSTITUT DE PHARMACOLOGIE MOLECULAIRE ET CELLULAIRE)
bardoni@nullipmc.cnrs.fr

 

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L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.