Lotus: a new domain associated with small RNA pathways in the germline

TITRE : LOTUS, un nouveau domaine protéique impliqué dans le métabolisme des ARN.

Isabelle Callebaut, Jean-Paul Mornon (IMPMC)

Résumé : La découverte de nouveaux domaines protéiques, supports de fonctions voire de structures originales, est un axe important de recherche en bioinformatique, contribuant significativement à la prédiction de la fonction des gènes. Notre équipe s'est illustrée à diverses reprises dans ce domaine, en identifiant de nouveaux domaines impliqués par exemple dans la signalisation cellulaire et la réparation de l'ADN. Aujourd'hui, nous décrivons un nouveau domaine, baptisé LOTUS, à partir de l'analyse de protéines exprimées spécifiquement dans la lignée germinale. Le domaine LOTUS devrait jouer un rôle important pour les mécanismes de développement, par l'intermédiaire de son interaction probable avec l'ARN.  

Les ARN ont longtemps été uniquement considérés comme de simples intermédiaires entre l'ADN et les protéines. On distinguait parmi ceux-ci les ARN codants  (ARN messagers transmettant le message du gène dans le cytoplasme), les ARN non-codants (ARN ribosomiques et ARN de transfert, permettant le déchiffrement et la traduction de l'ARN messager en protéine) et les ARN catalytiques participant à l'épissage des introns.

A la fin des années 1990 a été découvert un tout nouveau monde d'ARN non codants, les petits ARN, qui remplissent de nombreuses fonctions parmi lesquelles celle, cruciale, de l'inhibition post-transcriptionnelle (après transcription de l'ADN en ARN) des gènes. On compte parmi ceux-ci les microARN (ARNmi) et les ARN interférents (ARNsi). Nouveaux outils de la biologie, ils permettent d'identifier la fonction des gènes et des implications majeures en médecine commencent à s'ébaucher, notamment pour la découverte de nouvelles familles de médicaments. L'action des petits ARN ne s'arrête cependant apparemment pas à la régulation de l'expression de gènes: ils peuvent intervenir directement au stade de la transcription, ou encore jouer un rôle dans la régulation épigénétique de l'expression des gènes.

Très récemment, une nouvelle famille de petits ARN, les pi-ARN, ou ARN interagissant avec les protéines piwi, a été mise en évidence. Ces ARN, qui correspondent à des éléments répétitifs et transposables des génomes, permettent l'inhibition de la réplication de rétroéléments endogènes et concourent ainsi au maintien de l'intégrité des génomes. Ils jouent également un rôle capital dans le développement de la lignée germinale (ensemble des cellules qui donnent les gamètes), mais les bases moléculaires de leur action commencent à peine à être déchiffrées. Il vient d'être montré que des protéines à domaines TUDOR (domaines identifiés par notre équipe voici plus de dix ans) permettaient de reconnaître, via ces domaines, des modifications spécifiques (méthylations) présentes sur les protéines piwi. Ceci permet de recruter les protéines piwi au niveau de structures bien spécifiques de la lignée germinale, appelées "nuages" ou "granules polaires" (structures denses aux électrons, très riches en ARN et protéines). Nos travaux ont maintenant mis en évidence un nouveau domaine protéique dans ces protéines, baptisé LOTUS, que l'on retrouve au niveau de diverses protéines jouant un rôle important dans le développement de la lignée germinale. Ce domaine est susceptible de lier les ARN et donc jouer un rôle important vis à vis des nombreux ARN messagers et/ou des pi-ARN présents dans les granules polaires. Cette découverte devrait donc ouvrir de nouvelles perspectives pour la caractérisation des voies impliquant les piRNA et de manière plus globale, pour l'étude de la biologie du développement.

Reference : Isabelle Callebaut, Jean-Paul Mornon. LOTUS, a new domain associated with small RNA pathways in the germline. Bioinformatics (2010) sous presse.

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