m6A methylation of mRNA promotes their transcription thought RNA polymerase II

m6A methylation of mRNA  promotes their transcription thought RNA polymerase II

This study, leads by G.Junion ( team  Diversification of muscle and heart cells in normal and pathological conditions ),  published in the journal Molecular Cell (Akhtar et al.) shows a new mechanism for regulating gene expression through modification of RNA. Using a combination of molecular biology and bioinformatics, they demonstrate that the enzymatic complex called m6A methyltransferase (MTC) enables RNA polymerase II to escape pausing and perform transcription, and thus precisely control the expression of genes responsible for the development of organisms.

La transcription est l'un des mécanismes cellulaires les plus importants contrôlant l'expression des gènes eucaryotes. Elle comprend trois étapes différentes et hautement régulées : l'initiation, l'élongation et la terminaison. Suite à l'initiation, l’ARN polymérase II (ARN Pol II) constituée de 10 à 12 sous-unités, rentre dans une étape clé au cours de laquelle elle se bloque et s'accumule en aval du site de démarrage de la transcription. Ce mécanisme de mise en pause de l’ARN Pol II est particulièrement important pour les gènes développementaux ou les voies de signalisation soumises à des stimuli.  C'est un point de contrôle qui coordonne l'élongation de la transcription ainsi que le traitement des ARNm produits.

Le contrôle de l’étape de pause est lié à l'état de phosphorylation d’un domaine de la partie C-terminal (CTD) de la plus grosse sous-unité de l’ARN Pol II. Ainsi, la phosphorylation de la Serine en position 2 du domaine CTD correspond à la forme d’élongation de l’ARN Pol II. La transition de l’état de pause à l'élongation est critique pour l'expression des gènes chez les métazoaires supérieurs.

Au cours des dernières décennies de nombreux facteurs stimulant la mise en pause ou au contraire participant à son échappement ont été découverts démontrant la grande complexité de cette étape de transition. Dans cette étude, les chercheurs ont constaté que le complexe de méthyl-transférase de la m6A ARN (m6A MTC) régule directement la libération de l’ARN Pol II de son état de pause. Dans les cellules de drosophile, le complexe est principalement recruté sur les promoteurs des gènes. Ce recrutement est plus important pour les gènes activement transcrits mais également plus fortement soumis à la mise en pause. Cet effet ne s'observe pas chez un mutant du domaine catalytique de la méthyl-transférase Mettl3 (l'une des sous-unités du MTC). De plus, forcer la fixation de la Mettl3 au niveau du promoteur d’un gène est suffisant pour stimuler la libération de l’ARN Pol II du promoteur vers son état de production active des transcrits. En mesurant la quantité d’ARN produits en temps réel, les auteurs montrent également une diminution globale de la transcription dans des conditions de perte de fonction du m6A MTC.

Une question majeure reste de savoir comment le m6A MTC est recruté sur l'ARNm. Des études récentes ont montré que la majorité des m6A sont installées de manière simultanée au processus de transcription et ce, via certains facteurs de transcription ou de modifications post-traductionnelles des histones mais cette liste n’est pas exhaustive.

 Les scientifiques ont utilisé ici un algorithme d'apprentissage automatique et identifié dans les régions occupées par le m6A MTC un enrichissement de motifs de reconnaissance pour des facteurs favorisant la mise en pause.  L’implication de ces facteurs dans le recrutement de m6A MTC au niveau du promoteur a également pu être validée. En outre, les auteurs fournissent des preuves que les composants du complexe m6A interagissent avec une protéine chaperone des histones dont on a précédemment  montré qu'elle participe à l’initiation et l'élongation de la transcription.

Ensemble, ces résultats soutiennent un modèle selon lequel la méthylation m6A, via le MTC, agit directement sur la machinerie de transcription en favorisant l’échappement de l’ARN Pol II de son état de pause. Cette étude illustre un niveau de régulation encore inconnu de rétroaction positive médiée via l’épitranscriptome afin de promouvoir l’expression de gènes impliqués au cours du développement de la drosophile. Dans le futur, il serait intéressant de savoir si ce type de mécanisme est également présent chez les vertébrés.

© Guillaume Junion
Figure : La régulation découverte ici suggère un mécanisme selon lequel le recrutement dépendant de la transcription des composants du complexe m6A exerce une rétroaction positive sur la machinerie de transcription pour favoriser la libération de l’ARN Pol II à partir de l'état de pause. Dans la perte de fonction du m6A MTC, la libération de l’ARN Pol II est ralentie et elle reste accumulée au niveau du promoteur réduisant ainsi la production de transcrits.

Cet article fait l'objet d'une communication sur le site de l'INSB du CNRS.

Last modified: 09/14/2021