Épissage alternatif et fonction des ARN non codants

L'épissage alternatif permet à un seul gène de générer plusieurs ARN messagers distincts — et souvent plusieurs protéines — en assemblant les exons selon différentes combinaisons, augmentant ainsi considérablement la production fonctionnelle du génome. Les ARN non codants, des transcrits qui ne sont pas traduits en protéines, ajoutent une couche régulatrice supplémentaire, agissant sur la transcription, l'épissage, la stabilité de l'ARN et la chromatine. Ensemble, ces phénomènes expliquent comment un nombre modeste de gènes soutient la complexité du transcriptome.

Definition

L'épissage alternatif est le processus régulé par lequel différentes combinaisons d'exons d'un seul ARN pré-messager sont assemblées pour produire des transcrits matures distincts, tandis que la fonction des ARN non codants fait référence aux rôles régulateurs et structurels des transcrits d'ARN qui ne sont pas traduits en protéines.

Scope

Ce sujet couvre le processus régulé de l'épissage alternatif (inclusion et exclusion d'exons, sélection des sites d'épissage et diversité des isoformes) ainsi que les principales classes et fonctions des ARN non codants, des petits ARN régulateurs aux longs ARN non codants. Il s'agit d'une référence conceptuelle et méthodologique en transcriptomique et ne fournit aucune orientation clinique.

Core questions

• Comment les sites d'épissage sont-ils reconnus et sélectionnés pour qu'un gène produise plusieurs isoformes de transcrits ?
• Comment l'épissage alternatif augmente-t-il la diversité du protéome et du transcriptome ?
• Quelles sont les principales classes d'ARN non codants et comment régulent-elles l'expression génique ?
• Comment les méthodes à haut débit détectent-elles les isoformes et quantifient-elles les transcrits non codants ?

Key concepts

• Exons, introns et le splicéosome (spliceosome)
• Inclusion et exclusion d'exons
• Définition des sites d'épissage et des exons
• Diversité des isoformes de transcrits
• Petits ARN régulateurs (par ex., microARN)
• Longs ARN non codants (lncARN)
• Régulation post-transcriptionnelle
• Éléments et facteurs régulateurs de l'épissage

Mechanisms

Pendant l'épissage, le splicéosome (spliceosome) élimine les introns d'un ARN pré-messager et ligature les exons ; lorsque le choix du site d'épissage est régulé, le même pré-ARNm peut être traité en différents transcrits matures par inclusion d'exons, exclusion d'exons, ou utilisation alternative des sites d'épissage et des points de début/fin. La reconnaissance des limites correctes dépend des séquences des sites d'épissage et des éléments régulateurs liés par les facteurs d'épissage, c'est pourquoi la définition des exons est un processus finement ajusté, comme l'ont examiné Keren et ses collaborateurs. Les ARN non codants fonctionnent par des mécanismes complémentaires : les petits ARN régulateurs guident la répression des ARN messagers cibles, tandis que les longs ARN non codants peuvent servir d'échafaudage pour des complexes protéiques, guider des modificateurs de chromatine, ou moduler la transcription, comme l'ont étudié Ponting et ses collaborateurs. Des études à l'échelle du génome, telles que le projet ENCODE, ont montré qu'une grande fraction du génome est transcrite en ARN non codant, soulignant l'étendue de cette couche régulatrice ; les méthodes de séquençage qui capturent les jonctions d'épissage permettent de détecter et de quantifier les isoformes et les transcrits non codants.

Clinical relevance

L'épissage aberrant et les ARN non codants dérégulés sont impliqués dans de nombreuses maladies et constituent un domaine de recherche actif en matière de biomarqueurs et de thérapies. En tant que sujet de référence, cette entrée explique comment la biologie des isoformes et des ARN non codants est décrite et mesurée ; elle ne constitue pas une base pour des décisions individuelles de diagnostic ou de traitement.

Evidence & guidelines

Les revues de référence incluent Keren et ses collaborateurs sur l'épissage alternatif et la définition des exons, et Ponting et ses collaborateurs sur la fonction des longs ARN non codants, complétées par des études de transcription à l'échelle du génome issues du projet ENCODE. Il s'agit de références méthodologiques et conceptuelles plutôt que de lignes directrices cliniques.

History

La découverte des gènes discontinus (split genes) et de l'épissage de l'ARN à la fin des années 1970 a révélé que les exons pouvaient être combinés de manière alternative, et au cours des décennies suivantes, l'épissage alternatif a été reconnu comme une source omniprésente de diversité des transcrits et des protéines. Parallèlement, l'étude des ARN non codants est passée de quelques ARN fonctionnels bien connus à de vastes classes de petits ARN régulateurs et de longs transcrits non codants, et des projets à l'échelle du génome à partir des années 2000 ont documenté une transcription non codante généralisée, recadrant une grande partie du génome comme étant fonctionnellement transcrite.

Debates

Quelle proportion de la transcription non codante est fonctionnelle ?

Des études à l'échelle du génome montrent qu'une grande partie du génome est transcrite en ARN non codant, mais la distinction entre les transcrits ayant une fonction biologique et le bruit transcriptionnel reste débattue, et l'annotation fonctionnelle des longs ARN non codants est en retard par rapport à leur découverte.

Key figures

• Gil Ast
• Chris P. Ponting
• Wolf Reik

Seminal works

• keren-2010
• ponting-2009
• encode-2012

Frequently asked questions

Comment un seul gène peut-il produire plusieurs protéines différentes ?

Grâce à l'épissage alternatif, les exons de l'ARN pré-messager d'un seul gène peuvent être assemblés selon différentes combinaisons, produisant des transcrits matures distincts qui peuvent être traduits en différentes isoformes protéiques. Cela augmente considérablement la diversité fonctionnelle sans augmenter le nombre de gènes.

Si les ARN non codants ne sont pas traduits, comment agissent-ils ?

Ils fonctionnent comme des molécules d'ARN plutôt que comme des matrices pour les protéines. Les petits ARN régulateurs peuvent diriger la répression des ARN messagers cibles, tandis que les longs ARN non codants peuvent servir d'échafaudage pour des complexes protéiques, guider la machinerie de modification de la chromatine, ou influencer la transcription.