5.3 Régulation médiée par les miARN des cibles
Au sein du RISC, les miARN interagissent avec les gènes cibles via un appariement de bases. L’interaction entre un miARN et son ARNm cible est limitée à l’extrémité 5′ du miARN. La complémentarité de séquence entre les nucléotides 2-8, également connue sous le nom de « région de graine », est vitale pour la reconnaissance de la séquence cible, bien que des exceptions à cette règle aient été démontrées. Le plus souvent, les sites de liaison des miarns sont présents dans la région 3′-non traduite (UTR) des ARNM cibles, généralement en plusieurs copies. Cependant, il a également été démontré que les miARN ciblent les régions 5′-UTR et codantes de l’ARNm. Une étude de Tay et al. a démontré qu’un réseau de miARN peut se lier à plusieurs sites dans le codage et le 3′-UTR d’une seule cible d’ARNm, ajoutant à la complexité de la régulation de la cible médiée par les miARN. Le degré de complémentarité entre la région de départ du miARN et le site de liaison dans l’ARNm cible détermine le mécanisme par lequel le miARN régule la cible. Si le miARN présente une complémentarité de séquence suffisante (presque parfaite) avec l’ARNm cible, la régulation est effectuée par un processus appelé interférence d’ARN, par lequel le RISC est dirigé pour cliver l’ARNm cible. En cas de complémentarité insuffisante, ce qui est généralement le cas chez les mammifères, la régulation s’effectue par répression de la traduction et/ou déstabilisation de l’ARNm.
Les composants de base du RISC sont la famille de protéines Argonaute (Ago), qui jouent un rôle clé dans sa fonction. Les quatre protéines des mammifères Ago (Ago1-Ago4) peuvent diriger la répression traductionnelle d’un ARNm cible, cependant, seule Ago2 possède une activité de « trancheuse » et est responsable de la division de l’ARNm cible. Le ou les mécanismes exacts de la répression translationnelle médiée par les miARN des gènes cibles sont encore incertains. Plusieurs études ont fourni des preuves que la répression translationnelle se produit avant l’initiation de la traduction. Cependant, d’autres études suggèrent que la répression se produit après l’initiation de la traduction. On a d’abord pensé que la répression médiée par les miARN des gènes cibles se reflétait principalement au niveau des protéines, avec un effet nul ou minime sur les niveaux d’ARNm. Cependant, il a maintenant été démontré que la répression médiée par les miARN des gènes cibles est fréquemment associée à la déstabilisation de l’ARNm, bien qu’on ne sache pas s’il s’agit d’un effet secondaire de la répression translationnelle. La dégradation médiée par les miARN des cibles d’ARNm implique une deadénylation (élimination de la queue Poly A), suivie d’un décapage et d’une digestion exonucléolytique. De plus, les corps de traitement (corps P), structures cytoplasmiques impliquées dans le stockage et la dégradation de l’ARNm, joueraient également un rôle dans la régulation des miarns. On pense que les miARN guident l’ARNm cible et les protéines RISC associées vers ces structures de stockage, qui sont enrichies pour la dégradation de l’ARNm et les facteurs de répression de la traduction. Les mécanismes dictant si un ARNm cible suit la voie de dégradation ou de répression translationnelle sont actuellement inconnus. Les découvertes récentes ajoutent à la complexité de la régulation médiée par les miARN les découvertes récentes selon lesquelles, dans différentes conditions de stress, la répression induite par les miARN des cibles peut être inversée et que les miARN peuvent activer la traduction de l’ARNm cible.
La régulation médiée par les miARN semble être un processus extrêmement dynamique, sa complexité est accrue par le fait qu’une complémentarité parfaite avec la cible n’est pas requise pour la régulation. Cela indique qu’un seul miARN a le potentiel de réguler plusieurs gènes cibles. De plus, un réseau de miARN peut fonctionner simultanément pour réguler un seul ARNm. Cela rend finalement l’identification in silico des gènes cibles et l’élucidation de la fonction des miARN beaucoup plus difficile.
La région de germination, située aux positions 2-7 de l’extrémité 5′ du miARN, est utilisée par le RISC comme signal de nucléation pour reconnaître l’ARNm cible. Sur l’ARNm, les sites correspondants sont appelés « sites de semences ». Il existe un certain nombre de contraintes associées à la reconnaissance et à la liaison des sites de semences cibles. Un site de semences rigoureux a une liaison Watson–Crick parfaite et peut être divisé en quatre types de « semences »: 8mer, 7mer-m8, 7mer-A1 et 6mer. Chacun de ces types diffère en fonction de la combinaison du nucléotide de position 1 et de l’appariement en position 8. 8mer a à la fois une adénine en position 1 du site cible de l’ARNm et un appariement de base en position 8. Une adénine sur le site cible correspondent à la position 1 d’un miARN est connue pour augmenter l’efficacité de la reconnaissance de la cible. 7mer-A1 a une adénine en position 1 seulement, tandis que 7mer-m8 a un appariement de base en position 8 seulement. En revanche, le 6mer n’a ni adénine en position 1 ni appariement de base en position 8.
En plus de la reconnaissance stricte des semences, une reconnaissance modérément stricte est également possible, car le RISC peut tolérer de petites discordances ou des appariements oscillants dans la région des semences. La stabilité thermodynamique d’un appariement oscillant (tel que G: U) est comparable à celle d’un appariement Watson–Crick.
L’appariement Watson–Crick dans la partie 3′ de la molécule de miARN est connu pour améliorer l’efficacité de la reconnaissance de site chez les cibles de miARN qui ont un appariement de graines. Le nombre de nucléotides préférables de correspondances dans la partie 3′ diffère entre le site qui a un appariement de graines rigoureuses et celui qui a un appariement de graines modérément rigoureuses. Les graines rigoureuses nécessitent 3-4 matchs dans les positions 13-16, tandis que les graines modérées-rigoureuses nécessitent 4-5 matchs dans les positions 13-19. Les sites avec cet appariement 3′ supplémentaire sont appelés sites 3-supplémentaires et 3′ compensatoires.
Il a été largement démontré que la grande majorité des séquences de reconnaissance de cibles d’ARNm se trouvent dans le 3′-UTR du gène cible, même si le RISC chargé d’ARNm peut en théorie lier n’importe quel segment d’ARNm. Les gènes cibles ont généralement un UTR 3′ plus long, tandis que certains gènes ubiquitaires, tels que les gènes de ménage, ont tendance à avoir un UTR 3′ court, potentiellement pour éviter d’être régulés par des miARN. Les sites cibles ne sont pas répartis uniformément avec 3′ UTR. Ils sont situés près des deux extrémités sur une longueur de 3′ UTR (généralement ≥2000 nt). Pour un UTR 3′ plus court, les sites cibles ont tendance à être à environ 15-20 nt du codon d’arrêt.
Bien qu’il soit généralement considéré que les sites d’ARNm fonctionnels sont préférentiellement situés en 3’UTR, les sites de semences dans la séquence codante et les régions 5′ UTR peuvent également favoriser la régulation descendante de l’ARNm. La base de la liaison préférentielle des miARN dans le 3′ UTR peut avoir un certain nombre d’explications. Par exemple, le RISC peut avoir besoin de rivaliser avec d’autres complexes protéiques, tels que des ribosomes, se liant à la séquence codante et des complexes d’initiation de la traduction dans l’UTR 5 ‘. En tant que tel, l’UTR 3’ pourrait tout simplement être plus accessible pour une liaison à long terme que les deux autres sites.