Au fil du temps, la vie a évolué pour produire des organismes remarquablement complexes. Pour faire face à cette complexité, les organismes ont développé une pléthore de mécanismes régulateurs. Par exemple, les mammifères transcrivent des milliers d'ARN longs non codants (ARNlnc), accroissant ainsi la capacité régulatrice de leurs cellules. Un concept émergent est que les ARNlnc peuvent servir d'échafaudages aux complexes protéiques, mais la prévalence de ce mécanisme n'a pas encore été démontrée. De plus, pour chaque ARN messager, plusieurs régions 3’ non traduites (3’UTRs) sont souvent présentes. Ces 3’UTRs pourraient réguler la fonction de la protéine en cours de traduction, en participant à la formation des complexes protéiques dans lesquels elle est impliquée. Néanmoins, la fréquence et l’importance ce mécanisme reste à aborder.Cette thèse a pour objectif de découvrir et comprendre systématiquement ces deux mécanismes de régulation méconnus. Concrètement, l'assemblage de complexes protéiques promus par les ARNlnc et les 3'UTRs est étudié avec des données d’interactions protéines-protéines et protéines-ARN à grande échelle. Ceci a permis (i) de prédire le rôle de plusieurs centaines d'ARNlnc comme molécules d'échafaudage pour plus de la moitié des complexes protéiques connus, ainsi que (ii) d’inférer plus d’un millier de complexes 3'UTR-protéines, dont certains cas pourraient réguler post-traductionnellement des protéines moonlighting aux fonctions multiples et distinctes. Ces résultats indiquent qu'une proportion élevée d'ARNlnc et de 3'UTRs pourrait réguler la fonction des protéines en augmentant ainsi la complexité du vivant. / Over time, life has evolved to produce remarkably complex organisms. To cope with this complexity, organisms have evolved a plethora of regulatory mechanisms. For instance, thousands of long non-coding RNAs (lncRNAs) are transcribed by mammalian genomes, presumably expanding their regulatory capacity. An emerging concept is that lncRNAs can serve as protein scaffolds, bringing proteins in proximity, but the prevalence of this mechanism is yet to be demonstrated. In addition, for every messenger RNA encoding a protein, regulatory 3’ untranslated regions (3’UTRs) are also present. Recently, 3’UTRs were shown to form protein complexes during translation, affecting the function of the protein under synthesis. However, the extent and importance of these 3’UTR-protein complexes in cells remains to be assessed.This thesis aims to systematically discover and provide insights into two ill-known regulatory mechanisms involving the non-coding portion of the human transcriptome. Concretely, the assembly of protein complexes promoted by lncRNAs and 3’UTRs is investigated using large-scale datasets of protein-protein and protein-RNA interactions. This enabled to (i) predict hundreds of lncRNAs as possible scaffolding molecules for more than half of the known protein complexes, as well as (ii) infer more than a thousand distinct 3’UTR-protein complexes, including cases likely to post-translationally regulate moonlighting proteins, proteins that perform multiple unrelated functions. These results indicate that a high proportion of lncRNAs and 3’UTRs may be employed in regulating protein function, potentially playing a role both as regulators and as components of complexity.

Short ORF-encoded peptides (SEPs) are increasingly being identified as functional elements in various cellular processes. The current computational methods and experimental molecular biochemistry allow us to discover putative SEPs or micropeptides from proteogenomic datasets and experimentally validate them. Here, we identified a micropeptide produced from a putative long noncoding RNA (lncRNA) 1810058I24Rik which is downregulated in both human and murine myeloid cells exposed to lipopolysaccharide (LPS), as well as other TLR ligands and inflammatory cytokines. Analysis of lncRNA 1810058I24Rik subcellular localization revealed this transcript is localized in the cytosol, prompting us to evaluate its coding potential. In vitro translation with 35S-labeled methionine resulted in translation of a 47 amino acid micropeptide. Microscopy and subcellular fractionation studies in macrophages demonstrated endogenous expression of this peptide on the mitochondrion. We thus named this gene ‘Mitochondrial micropeptide-47 (Mm47)’. Functional studies using siRNA and Cripsr-cas9-mediated deletion in primary cells, showed that the transcriptional response downstream of TLR4 was not affected by Mm47 loss of function. In contrast, both the Crispr-cas9- and siRNA-targeted BMDM cells were compromised for Nlrp3 inflammasome responses. However, the primary macrophages derived from the Mm47 knockout mice do not require Mm47 for Nlrp3 activation, likely due to basal downregulation of a negative regulator microRNA of Nlrp3 called Mir-223. Notably, the Mm47-deficient mice are susceptible to influenza virus infection and succumb despite comparable antiviral and inflammatory response to wildtype mice. We hypothesize that the Mm47 deficiency may affect the antiviral resilience of mice due to secondary mitochondria dependent immunometabolic defect or failure of recovery from immune pathology, which warrants further investigation. This study therefore identifies a novel mitochondrial micropeptide Mm47 that is required for activation of the Nlrp3 inflammasome in cells and resistance to influenza virus infection. Broadly, this work highlights the presence of translatable ORFs is annotated noncoding RNA transcripts and underscores their importance in innate immunity and virus infection.

La sénescence se caractérise par un arrêt en phase G1/S du cycle cellulaire et peut être induit par une variété de stress tels que des télomères trop courts, l’activation d’oncogène ou encore à cause de stress oxydatifs. Cette réponse cellulaire s’accompagne de profonds changements au niveau de l’expression génique et les ARN non codants sont d’importants acteurs de ceux-ci. Bien que cette catégorie d’ARN ait longtemps été considérée comme un sous-produit non fonctionnel de la transcription, on sait maintenant qu’ils sont impliqués dans une pléthore de fonctions essentielles à l’homéostasie de la cellule. Les microARN (miR), de petits ARN non codants d’une vingtaine de nucléotides, sont souvent diminués ou surexprimés dans les maladies, soulignant leurs rôles importants dans le développement de celles-ci. C’est le cas notamment de deux oncomirs, miR-19 et miR-155, qui s’accumulent de manière aberrante dans les cancers hématopoïétiques. En condition normale, STAT5A, qui est souvent dérégulé dans ces cancers, induit SOCS1 qui agit comme un frein sur cette voie de signalisation afin de prévenir une prolifération incontrôlée. Des travaux conduits dans notre laboratoire montrent que SOCS1 est aussi impliqué dans la sénescence, car il est capable d’activer p53, un important suppresseur tumoral. SOCS1 peut être ciblé par les deux oncomirs et nos résultats montrent qu’une inhibition de ces derniers à l’aide d’éponges artificielles favorisait l’accumulation d’un p53 actif. De plus, en intégrant le ribozyme à tête de marteau dans la conception des éponges, nous avons créé une nouvelle génération d’outils (éponges catalytiques) qui sont plus efficaces. Effectivement, l’utilisation de ces éponges contre miR-155 résultait en une diminution de la prolifération, de formation de colonie ainsi que de la migration de cellule de myélome multiple. En second lieu, nous nous sommes penchés sur l’étude d’éponges naturelles dans le contexte de la sénescence. Il existe en effet quelques exemples de lARNnc (Long Non-Coding RNA) qui peuvent agir de la sorte pour un miR donné. Nous pensons que c’est par ce mécanisme de régulation que miR-146a, un miR impliqué dans la réponse anti-inflammatoire, peut s’accumuler dans la sénescence induite par RAS sans toutefois sembler être pleinement actif. Effectivement, les cellules sénescentes sécrètent une variété de facteurs pro-inflammatoires. À l’aide d’une nouvelle technique nommée miR-CLIP, nous avons pu étudier l’interactome de miR-146a et avons identifié plusieurs lARNnc qui selon des outils de prédiction, semblent s’hybrider de manière extensive en région 3’ du miR. Ceci est requis pour l’initiation d’un TDMD (Target-Directed miR Degradation) et nous avons donc investigué la possibilité d’un tel évènement dans la régulation de miR-146a. Nos résultats montrent que la surexpression de XXBAC-B444P24.13 mène à une diminution des niveaux de miR-146a qui n’est pas due à une baisse de sa transcription. Bien que le premier article illustre les avantages d’une éponge catalytique artificielle, le second article suggère que cette stratégie pourrait déjà être en place dans les systèmes biologiques, et ce, de manière naturelle. En effet, une fois miR-146a lié à XXBAC-B444P24.13, ce dernier induirait la dégradation du miR par un TDMD. Ceci ouvre donc la porte au développement d’outils qui pourraient être plus performants à des niveaux d’expression plus bas. / Cellular senescence is characterized by a cell cycle arrest in the G1/S phase and can be induced by a variety of stresses which include telomere shortening, oncogene activation or oxidative stress. Its establishment is known to require changes in the genetic expression program and non-coding RNA play an important part in this phenomenon. For a long time, this RNA subtype was considered to only be a transcriptional byproduct, but we now know that they are involved in a plethora of functions which are essential to cell homeostasis. Various diseases display aberrant expression of microRNA (miR), small non-coding RNA of 18-22 nucleotides, suggesting they are involved in their development. Such is the case for miR-19 and miR-155, two oncomirs which are found to be overexpressed in hematopoietic cancers. In normal conditions, STAT5A, which is often found dysregulated in those cancers, induces SOCS1 which acts as a retro-inhibitor of this signaling pathway, preventing uncontrolled proliferation. Furthermore, our lab has shown that SOCS1 can also be involved in senescence by facilitating p53 activation. SOCS1 can be targeted by both oncomirs and our results show that artificial sponges, that inhibit miR-19 or miR-155’s functions, lead to the activation of p53. Also, we have incorporated the hammerhead ribozyme in the miR binding sites in the sponge, creating a sponge 2.0 (catalytic sponges). Expressing the latter in a multiple myeloma cell line (RPMI8226) resulted in less proliferation, colony formation and migration. Secondly, we aimed at studying natural sponges in the context of senescence. Indeed, there are quite a few examples of lncRNA (Long Non-Coding RNA) acting as a miRNA inhibitor by quenching them. We think that this mode of regulation could provide an explanation as to how an anti-inflammatory miR, miR-146a, can accumulate in senescence even though it is a pro-inflammatory response. Using a novel technique called miR-CLIP, we were able to study specifically miR-146a’s interactome and have found that it can interact with many lncRNAs. Interestingly, using computational tools, we noticed that miR-146a was predicted to interact with extensive 3’ end hybridization with a number of these lncRNA. This characteristic is known to be required to induce TDMD (Target-Directed miR Degradation). Indeed, when we overexpressed XXBAC-B444P24.13, miR-146a levels went down and this is not caused by a decrease in transcription of the miR. In the first part of this thesis, we show that artificial catalytic sponges have an advantage over a more “classical” design. This is further supported by the fact that this strategy seems to be employed in nature. Indeed, we might have uncovered a lncRNA that when bound to by miR-146a would lead to its degradation using TDMD. This could be taken advantage of in the development of new tools for miR inhibition that would be more powerful and could be potentially used at lower levels of expression.