Les différents mécanismes de régulation posttranscriptionnelle de l’expression des
gènes sont de plus en plus reconnus comme des processus essentiels dans divers phénomènes
physiologiques importants, comme la prolifération cellulaire et la réponse aux dommages à
l’ADN. Deux des protéines impliquées dans ce type de régulation sont Staufen1 (Stau1) et
Staufen2 (Stau2). Elles sont des protéines de liaison à l’ARN double brin qui contribuent au
transport de l’ARN messager (ARNm), au contrôle de la traduction, à l’épissage alternatif et
sont responsables de la dégradation de certains ARNm spécifiques. Les protéines Staufen
peuvent en effet s’associer à des ARNm bien précis, d’autant plus que, majoritairement, Stau1
et Stau2 ne se retrouvent pas en complexe avec les mêmes cibles. De nombreuses évidences
récentes montrent l’implication de divers mécanismes de régulation posttranscriptionnelle
dans la réponse aux dommages à l’ADN, plusieurs protéines de liaison à l’ARN y participant
d’ailleurs. De façon importante, cette réponse dicte un ou plusieurs destin(s) à la cellule qui
doit réagir à la suite de dommages à l’intégrité de son ADN: réparation de l’ADN, arrêt de la
prolifération cellulaire, apoptose. Nous avons donc fait l’hypothèse que l’expression de Stau1
et/ou de Stau2 pourrait être affectée en réponse à un stress génotoxique, ce qui pourrait avoir
comme conséquence de moduler l’expression et/ou la stabilité de leurs ARNm cibles. De
même, notre laboratoire a récemment observé que l’expression de Stau1 varie pendant le cycle
cellulaire, celle-ci étant plus élevée jusqu’au début de la mitose (prométaphase), puis elle
diminue alors que les cellules complètent leur division. Par conséquent, nous avons fait
l’hypothèse que Stau1 pourrait lier des ARNm de façon différentielle dans des cellules
bloquées en prométaphase et dans des cellules asynchrones.
D’un côté, en employant la camptothécine (CPT), une drogue causant des dommages à
l’ADN, pour traiter des cellules de la lignée de cancer colorectal HCT116, nous avons observé
que seule l’expression de Stau2 est réduite de façon considérable, tant au niveau de la protéine
que de l’ARNm. L’utilisation d’autres agents cytotoxiques a permis de confirmer cette
observation initiale. De plus, nous avons constaté que l’expression de Stau2 est touchée même
dans des conditions n’engendrant pas une réponse apoptotique, ce qui suggère que cette déplétion de Stau2 est possiblement importante pour la mise en place d’une réponse
appropriée aux dommages à l’ADN. D’ailleurs, la surexpression de Stau2 conjointement avec
le traitement à la CPT entraîne un retard dans l’induction de l’apoptose dans les cellules
HCT116. Nous avons aussi montré que la diminution de l’expression de Stau2 est due à une
régulation de sa transcription en réponse au stress génotoxique, ce pourquoi une région
minimale du promoteur putatif de Stau2 est nécessaire. Également, nous avons identifié que le
facteur de transcription E2F1, couramment impliqué dans la réponse aux dommages à l’ADN,
peut contrôler l’expression de Stau2. Ainsi, E2F1 permet une augmentation de l’expression de
Stau2 dans des cellules non traitées, mais cette hausse est abolie dans des cellules traitées à la
CPT, ce qui suggère que la CPT pourrait agir en inhibant l’activation transcriptionnelle de
Stau2 par E2F1. Enfin, nous avons observé que certains ARNm associés à Stau2, et codant
pour des protéines impliquées dans la réponse aux dommages à l’ADN et l’apoptose, sont
exprimés différemment dans des cellules traitées à la CPT et des cellules non traitées.
D’un autre côté, nous avons identifié les ARNm associés à Stau1 lors de la
prométaphase, alors que l’expression de Stau1 est à son niveau le plus élevé pendant le cycle
cellulaire, grâce à une étude à grande échelle de micropuces d’ADN dans des cellules
HEK293T. Nous avons par la suite confirmé l’association entre Stau1 et certains ARNm
d’intérêts, donc codant pour des protéines impliquées dans la régulation de la prolifération
cellulaire et/ou le déroulement de la mitose. Une comparaison de la liaison de ces ARNm à
Stau1 dans des cellules bloquées en prométaphase par rapport à des cellules asynchrones nous
a permis de constater une association préférentielle dans les cellules en prométaphase. Ceci
suggère une augmentation potentielle de la régulation de ces ARNm par Stau1 à ce moment du
cycle cellulaire.
Les données présentées dans cette thèse indiquent vraisemblablement que la régulation
posttranscriptionnelle de l’expression génique contrôlée par les protéines Staufen se fait en
partie grâce à la modulation de l’expression de Stau1 et de Stau2 en fonction des conditions
cellulaires. Nous envisageons alors que cette variation de l’expression des protéines Staufen
ait des conséquences sur des sous-ensembles d’ARNm auxquels elles sont liées et que de cette façon, elles jouent un rôle pour réguler des processus physiologiques essentiels comme la
réponse aux dommages à l’ADN et la progression dans le cycle cellulaire. / The various mecanisms of post-transcriptional regulation of gene expression are more
and more recognized as essential processes in diverse important physiological phenomenons,
like cell proliferation and the DNA damage response (DDR). Two of the proteins implicated
in this type of regulation are Staufen1 (Stau1) and Staufen2 (Stau2). They are double-stranded
RNA binding proteins contributing to messenger RNA (mRNA) transport, translation control,
alternative splicing and are responsible for the degradation of some specific mRNAs. The
Staufen proteins are indeed able to associate with particular mRNAs. Interestingly, Stau1 and
Stau2 predominantly form complexes with different targets. Recent evidences show the
implication of various post-transcriptional regulation mecanisms in the DDR, moreover
several RNA binding proteins are involved. Importantly, this response dictates one or several
cell fates following damage to the integrity of the cell’s DNA: DNA repair, cell proliferation
arrest, apoptosis. We hypothesized that Stau1 and/or Stau2 expression could be affected in
response to genotoxic stress, which could consequently modulate the expression and/or the
stability of their mRNA targets. Also, our laboratory has recently observed that Stau1
expression varies during the cell cycle. It is elevated up to the beginning of mitosis
(prometaphase) and it decreases as cells complete their division. We therefore hypothesized
that Stau1 could differentially bind mRNAs in cells blocked in prometaphasis and in
asynchronous cells.
On the one hand, by using camptothecin (CPT), a DNA damaging agent, to treat cells
from the colorectal cancer cell line HCT116, we observed that only the expression of Stau2 is
considerably reduced, both at the level of the protein and that of the mRNA. The use of other
cytotoxic agents allowed us to confirm this initial observation. We also noted that Stau2
expression is down-regulated even in conditions that do not induce apoptosis, suggesting that
the decrease in Stau2 expression may be required for a proper DDR. Indeed, Stau2 overexpression
together with the CPT treatment causes a delay in apoptosis induction in HCT116
cells. We also showed that Stau2 down-regulation is due to the regulation of its transcription
in response to the genotoxic stress, which necessitates a minimal region in Stau2’s putative promoter. Besides, we identified the E2F1 transcription factor, commonly implicated in the
DDR, as a regulator of Stau2 expression. E2F1 thus stimulates an increase in Stau2 expression
in non-treated cells, but this up-regulation is abolished in CPT-treated cells, which suggests
that CPT could act by inhibiting Stau2 transcriptional activation by E2F1. Finally, we
observed that some Stau2-associated mRNAs, which code for proteins implicated in the DDR
and apoptosis, are differentially expressed in CPT-treated cells compared to non-treated cells.
On the other hand, we identified Stau1-associated mRNAs during prometaphase, when
Stau1 expression is at its highest level in the cell cycle, by performing a large-scale study
using DNA microarrays in HEK293T cells. We subsequently confirmed the association
between Stau1 and some mRNAs of interest, mainly coding for proteins involved in the
regulation of cell proliferation and/or mitosis progression. A comparison of the association
between Stau1 and these mRNAs in prometaphase-blocked cells with that in asynchronous
cells allowed us to notice a preferential association in prometaphase-blocked cells. This
suggests a potential increase of the regulation of these mRNAs by Stau1 at that point of the
cell cycle.
The data presented in this thesis indicate that in all likelihood the post-transcriptional
regulation of gene expression controlled by the Staufen proteins happens in part thanks to the
modulation of Stau1 and Stau2 expression according to the cellular conditions. We then
contemplate that this fluctuation in Staufen proteins expression has consequences on mRNA
subsets with which they associate, and that this may mean they have an important role to play
in regulating essential physiological processes like DDR and cell cycle progression.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:umontreal.ca/oai:papyrus.bib.umontreal.ca:1866/11205 |
| Date | 03 1900 |
| Creators | Trépanier, Véronique |
| Contributors | DesGroseillers, Luc |
| Source Sets | Université de Montréal |
| Language | French |
| Detected Language | French |
| Type | Thèse ou Mémoire numérique / Electronic Thesis or Dissertation |
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