Découvertes et innovations clés en ARN à l’UdeS

Pr Benoit Chabot

Une des premières études décrivant l’activité de séquence d’un enhancer d’épissage et démontre pour la première fois sa liaison par les protéines SR.

Référence :

• A splicing enhancer in the human fibronectin alternate ED1 exon interacts with SR proteins and stimulates U2 snRNP binding

Pr Benoit Chabot 

La première démonstration de l’activité in vivo de la protéine hnRNP A1 en tant que régulateur de l’épissage chez les mammifères a été rendue possible grâce à la création et à l’analyse d’une lignée cellulaire déficiente en hnRNP A1. Ces travaux pionniers ont jeté les bases d’une compréhension de la régulation post-transcriptionnelle de l’expression génique des protéines hnRNP.

Références : 

• Retroviral insertions downstream of the heterogeneous nuclear ribonucleoprotein A1 gene in erythroleukemia cells: evidence that A1 is not essential for cell growth
• The A1 and A1B proteins of heterogeneous nuclear ribonucleoparticles modulate 5' splice site selection in vivo

Pr Benoit Chabot

En collaboration avec M. Vincent à l'Université Laval, la première interaction physique entre la transcription et l'épissage est documentée par une approche biochimique. Une étude similaire a été publiée simultanément par le lauréat du prix Nobel P. Sharp, soulignant l’importance et la pertinence de cette contribution scientifique.

Références : 

• The nuclear matrix phosphoprotein p255 associates with splicing complexes as part of the [U4/U6.U5] tri-snRNP particle
• The nuclear matrix protein p255 is a highly phosphorylated form of RNA polymerase II largest subunit which associates with spliceosomes

Pr Benoit Chabot

L’équipe de Benoit Chabot a identifié hnRNP A1 comme la première protéine de mammifères à se lier spécifiquement aux séquences télomériques simple brin. Cette découverte démontre le rôle clé de hnRNP A1 dans la régulation de la taille des télomères chez les mammifères.

Référence :

• Telomere elongation by hnRNP A1 and a derivative that interacts with telomeric repeats and telomerase

• L’une des dix découvertes de l’année par Québec-Science

• Deux brevets

• Une entreprise (Telogene Inc.)

Pr Benoit Chabot

Développement d’une méthode innovante pour contrôler les décisions d'épissage alternatif grâce à l'utilisation d'oligonucléotides bifonctionnels. Cette approche a donné lieu à plusieurs publications ainsi qu'à des versions réprimant (TOSS) ou stimulant (TOES) l'épissage. De petites molécules reprogrammant l'épissage via différents mécanismes sont également en cours de développement

Références : 

• Reprogramming alternative pre-messenger RNA splicing through the use of protein-binding antisense oligonucleotides
• The transcription factor c-Jun inhibits RBM39 to reprogram pre-mRNA splicing during genotoxic stress
• Alternative splicing of SYK regulates mitosis and cell survival
• Redirecting splicing with bifunctional oligonucleotides
• Modulation of the splicing regulatory function of SRSF10 by a novel compound that impairs HIV-1 replication
• A novel class of inhibitors that target SRSF10 and promote p53-mediated cytotoxicity on human colorectal cancer cells
• The anticancer potential of the CLK kinases inhibitors 1C8 and GPS167 revealed by their impact on the epithelial-mesenchymal transition and the antiviral immune response

• 3 brevets 

Pr Raymund Wellinger

Le premier modèle complet de la structure secondaire (2D) de l’ARN de la télomérase de levure, élaboré grâce à une approche phylogénétique novatrice. Malgré la compétition de groupes prestigieux comme ceux de Tom Cech et Liz Blackburn (deux lauréats du prix Nobel), ils ont été les premiers à résoudre cette énigme scientifique.

Référence :

• A phylogenetically based secondary structure for the yeast telomerase RNA

Pr Martin Bisaillon

Démonstration un mécanisme inédit par lequel la ribavirine inhibe la réplication virale, en agissant comme substrat de l’enzyme de coiffe des ARNm viraux, perturbant ainsi leur traduction. Cette découverte a permis d’éclairer une nouvelle voie d’action antivirale liée à la biogenèse des ARNm viraux.

Références :

• The broad spectrum antiviral nucleoside ribavirin as a substrate for a viral RNA capping enzyme
• Ribavirin is not a functional mimic of the 7-methyl guanosine mRNA cap

Pr Jean-Pierre Perreault

Comparable des enzymes allostériques, ce riboswitch synthétique s’active en présence de l’ARN cible, augmentant la spécificité du ribozyme d’un facteur d’environ 800.

Référence :

• Target-dependent on/off switch increases ribozyme fidelity

• Gagnant du Prix Défi Innovation du CRSNG en 2006 pour cette découverte

Pr Sherif Abou Elela

Conception d’une plateforme novatrice pour détecter des variants d’épissage anormaux, aboutissant aux premiers marqueurs validés contre les cancers du sein et de l’ovaire. Ce travail, largement cité (>2 000 citations), a été publié dans Nature Structural & Molecular Biology et Cancer Research, et a ouvert la voie à des outils diagnostiques plus précis.

Références :

• Identification of alternative splicing markers for breast cancer
• Cancer-associated regulation of alternative splicing

• Chapitre de livre : (lien)

Pr Brendan Bell

Le laboratoire du Pr Bell a identifié la voie TAF6δ, une cible prometteuse contre les cellules cancéreuses. Indépendante du suppresseur de tumeur p53, cette voie induit efficacement la mort de cellules cancéreuses de divers types (poumon, sein, prostate, ovaire, pancréas). Sa régulation repose sur l’épissage alternatif de l’ARN.

Références :

• TAF6delta controls apoptosis and gene expression in the absence of p53
• Alternative splicing of TAF6: downstream transcriptome impacts and upstream RNA splice control elements
• BIM and NOXA are mitochondrial effectors of TAF6δ-driven apoptosis

Pr Daniel Lafontaine

La molécule PC1 se lie au riboswitch guanine, un régulateur clé de l’expression génique bactérienne. Cette interaction inhibe la production de GMP, entraînant la mort de bactéries telles que Staphylococcus aureus, sans émergence de résistance après 30 générations.

Référence :

• Novel riboswitch ligand analogs as selective inhibitors of guanine-related metabolic pathways

• L’une des dix découvertes de l’année par Québec-Science (Lien)

Pr Jean-Pierre Perreault

Première démonstration rigoureuse et convaincante du rôle régulateur des structures G-quadruplex (G4) dans les mécanismes post-transcriptionnels.

Référence :

• 5'-UTR G-quadruplex structures acting as translational repressors

Pr François Bachand

Ces travaux ont révélé un rôle inédit de la protéine Pab2 dans la surveillance des ARN nucléaires via l’exosome. Ils ont également démontré que la protéine humaine PABPN1 favorise la dégradation nucléaire de longs ARN non codants (lncARN), établissant un mécanisme conservé de régulation génique dépendant de la polyadénylation. Ces découvertes ont contribué à définir la connexion PAXT (Poly(A) Tail eXosome Targeting), remettant en question le rôle exclusivement positif de la polyadénylation dans l’expression génique.

Références :

• The nuclear poly(A)-binding protein interacts with the exosome to promote synthesis of noncoding small nucleolar RNAs
• A Pre-mRNA degradation pathway that selectively targets intron-containing genes requires the nuclear poly(A)-binding protein
• Polyadenylation-dependent control of long noncoding RNA expression by the poly(A)-binding protein nuclear 1
• A Polyadenylation-Dependent 3' End Maturation Pathway Is Required for the Synthesis of the Human Telomerase RNA
• PABPN1 prevents the nuclear export of an unspliced RNA with a constitutive transport element and controls human gene expression via intron retention
• Antagonistic roles by the conserved nuclear poly(A)-binding proteins PABPN1 and ZC3H14 in nuclear RNA surveillance

Pr Brendan Bell

Le laboratoire Bell a identifié un complexe protéique cellulaire régulant la latence du VIH en contrôlant la production des ARN viraux. Cette avancée, amorcée par la découverte de la « serrure » du génome viral en 2012 et complétée par l’identification de la « clé » en 2024, ouvre la voie à de nouvelles cibles thérapeutiques pour un traitement curatif ou un vaccin contre le VIH, un objectif poursuivi depuis plus de 40 ans.

Références :

• CTGC motifs within the HIV core promoter specify Tat-responsive pre-initiation complexes
• Mitotic deacetylase complex (MiDAC) recognizes the HIV-1 core promoter to control activated viral gene expression

• La tribune (lien)

Pr Éric Massé 

Le laboratoire Massé a identifié de nouvelles interactions ARN-ARN chez les bactéries grâce à la technique MAPS (MS2 affinity purification coupled with RNA sequencing), qui permet de repérer les cibles des petits ARN régulateurs (sRNAs). Pour RybB et RyhB, MAPS a révélé non seulement des cibles connues, mais aussi un enrichissement de la région 3'ETSleuZ. L’analyse de la séquence a révélé une région conservée dans un ARN de transfert (ARNt), par laquelle ce fragment d’ARN abondant peut séquestrer RybB ou RyhB par appariement ARN-ARN. Cette fonction d’éponge à ARN empêche les deux sRNAs de réguler leurs cibles, ce qui suggère que le fragment d’ARNt est un ARN fonctionnel à part entière.

Référence : 

• A 3' external transcribed spacer in a tRNA transcript acts as a sponge for small RNAs to prevent transcriptional noise

Pr Jean-Pierre Perreault 

Jean-Pierre Perreault et son équipe ont fourni la première preuve qu’un viroïde peut déclencher une pathologie végétale via le mécanisme d’ARN interférent. Cette découverte met en lumière le rôle actif des petits ARN dérivés de viroïdes dans la régulation génique des plantes infectées.

Référence : 

• Small RNA Derived from the Virulence Modulating Region of the Potato spindle tuber viroid Silences callose synthase Genes of Tomato Plants

Pr Raymund Wellinger

Cet article présente des résultats inattendus obtenus grâce à une spectrométrie de masse très avancée,alors que beaucoup dans le domaine considéraient cette approche comme irréalisable. Les nouvelles sous-unités découvertes étaient une surprise, car elles font aussi partie d’autres particules RNP qui sont conservées de la levure à l’homme et essentiel pour la vie!

Référence :

• Active Yeast Telomerase Shares Subunits with Ribonucleoproteins RNase P and RNase MRP

Pr Martin Bisaillon

Le laboratoire du Pr Bisaillon compte parmi les premiers à démontrer que certains virus modifient l’épissage alternatif des cellules hôtes, révélant une complexité insoupçonnée dans les interactions virus-hôte. Ces altérations, observées notamment avec les virus de l’hépatite B et C, Epstein-Barr et le réovirus, influencent directement la diversité protéique et fonctionnelle durant l’infection. Plus récemment, il a été montré que la protéine EBNA1 du virus Epstein-Barr module l’épissage de nombreux gènes cellulaires, indépendamment de sa capacité à se lier à l’ARN.

Références :

• Global Profiling of the Cellular Alternative RNA Splicing Landscape during Virus-Host Interactions
• Global profiling of alternative RNA splicing events provides insights into molecular differences between various types of hepatocellular carcinoma
• The Epstein-Barr virus EBNA1 protein modulates the alternative splicing of cellular genes
• Viral modulation of cellular RNA alternative splicing: A new key player in virus-host interactions?

Pr François Bachand

Ces travaux apportent la première preuve fonctionnelle du rôle essentiel de PDCD2 comme chaperonne spécifique de la protéine ribosomique RPS2 (uS5) dans les cellules humaines. Ces chaperonnes facilitent le repliement, la stabilité et le transport nucléaire des protéines ribosomiques et facilitent également l’intégration sélective des protéines ribosomiques aux ARN ribosomiques (ARNr). Leur action coordonnée garantit la fidélité et l’efficacité de la production ribosomique, un processus fondamental pour la synthèse protéique cellulaire. Une étude récente établit un lien entre des mutations de PDCD2 et l’hydrops fœtal, révélant pour la première fois qu’un défaut de biogenèse ribosomique peut être directement associé à une perte de grossesse.

Références :

• Human PDCD2L Is an Export Substrate of CRM1 That Associates with 40S Ribosomal Subunit Precursors
• PDCD2 functions as an evolutionarily conserved chaperone dedicated for the 40S ribosomal protein uS5 (RPS2)
• Biallelic variants in the conserved ribosomal protein chaperone gene PDCD2 are associated with hydrops fetalis and early pregnancy loss

• Article FMSS (Lien)

Pr Sherif Abou Elela 

Longtemps considérés comme de simples séquences « non-codantes », les introns ont été révélés comme des régulateurs cruciaux de l’expression génique, notamment en période de stress ou de privation nutritive. Ils ont contribué à remettre en question la notion d’« ADN poubelle » et à éclairer les bases évolutives de l’épissage. Ces travaux ont montré que la suppression systématique des introns chez la levure compromet la régulation de la synthèse ribosomique et la survie cellulaire. 

Référence :

• Introns are mediators of cell response to starvation

• La Tribune : lien

• L’une des dix découvertes de l’année par Québec-Science: lien

Pre Michelle Scott

snoDB est une base de données spécialisée sur les snoRNAs humains, offrant des informations complètes sur leurs caractéristiques, interactions, et modifications chimiques. Elle facilite la recherche grâce à une interface conviviale et des données régulièrement mises à jour. Membre du consortium RNAcentral géré par le European Bioinformatics Institute, elle centralise et enrichit les connaissances sur les snoRNAs.

Références :

• snoDB: an interactive database of human snoRNA sequences, abundance and interactions
• snoDB 2.0: an enhanced interactive database, specializing in human snoRNAs

Pr Sébastien Rodrigue

Une cartographie et quantification de tous les transcrits et isoformes, promoteurs et terminateurs dans la bactérie Mesoplasma florum. Ces données offrent une vision sans précédent de la composition cellulaire et des fonctions de cette bactérie, servant de base expérimentale solide pour modéliser son génome à l’échelle cellulaire et pour des travaux futurs en génie génomique.

Références :

• Integrative characterization of the near-minimal bacterium Mesoplasma florum

Pr Daniel Lafontaine

Le laboratoire du Professeur Lafontaine a développé une technique innovante permettant d’étudier en temps réel la formation des structures d’ARN lors de la transcription grâce à l’introduction de petites molécules fluorescentes dans les brins d’ARN naissants. Cette méthode s’appuie sur l’observation par fluorescence permettant de visualiser comment l’ARN se crée et se replie, ouvrant la voie à l’étude de phénomènes biologiques complexes jusque-là jugés impossibles à observer directement.

Référence :

• Monitoring RNA dynamics in native transcriptional complexes

• Article de l’UdeS : Lien

Pr Sébastien Rodrigue

L’outil développé par le laboratoire du Pr Rodrigue utilise un probiotique modifié pour délivrer efficacement un système CRISPR-Cas9 via un plasmide conjugué dans le microbiote intestinal de la souris. Ce système permet d’éliminer spécifiquement plus de 99,9% des bactéries résistantes aux antibiotiques ciblées en une seule dose, avec une efficacité démontrée même contre des pathogènes conduisant à leur disparition en quelques jours. Cette avancée représente une innovation majeure pour éditer précisément le microbiote et traiter les infections résistantes, ouvrant des perspectives pour des alternatives aux antibiotiques classiques.

Références :

• High-efficiency delivery of CRISPR-Cas9 by engineered probiotics enables precise microbiome editing

• Découverte de l’année 2022 : Lien
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Pre Michelle Scott

Chez les mammifères, la plupart des snoRNA sont introniques (encodés dans un intron d’un gène plus long nommé gène hôte) et longtemps considérés comme des passagers inertes de leur gène hôte, bénéficiant de l’expression du gène hôte pour leur propre expression, mais sans relation additionnelle avec le gène hôte. Une analyse de biologie intégrative a permis de découvrir que des dizaines de snoRNA interagissent en cis avec leur transcrit hôte. Une caractérisation en profondeur d’un snoRNA en particulier, SNORD2, montre qu’il régule l’épissage alternatif de son gène hôte (EIF4A2), contrôlant la proportion de transcrits de EIF4A2 ciblés au NMD vs ceux produisant un ARNm menant à la traduction d’une protéine.

Référence :   

• Intronic small nucleolar RNAs regulate host gene splicing through base pairing with their adjacent intronic sequences

Pr Taha Azad

En combinant des techniques de virologie de synthèse, cette étude améliore le compromis entre puissance thérapeutique et sécurité des virus oncolytiques. L’équipe a conçu des vaccinia viruses oncolytiques dotés de interruptions régulées par de petites molécules dans des circuits ARN, notamment un système de polymérase T7 scindée et activée par rapamycine. Ces « interrupteurs de sécurité » offrent un contrôle précis et défini par l’utilisateur sur la réplication virale et l’expression du contenu ARN thérapeutique chez la souris, renforçant la sécurité et l’efficacité des virothérapies ARN‑basées. 

Référence :

• Synthetic virology approaches to improve the safety and efficacy of oncolytic virus therapies

Pr Taha Azad

L’équipe du Pr Azad ont généré des bibliothèques de virus Herpès simplex 1 et Vaccinia en combinant une sélection itérative basée sur des antibiotiques, la mutagenèse transposon Sleeping Beauty et le séquençage nanopore longue lecture. Ils ont identifié des sites d’insertion stables pour des transgènes cytokiniques immunomodulateurs et des gènes viraux supprimables sans perte de réplication dans les cellules tumorales, ouvrant la voie à des thérapies oncolytiques plus sûres, basées sur l’ARN.

Référence :

• Antibiotic-mediated selection of randomly mutagenized and cytokine-expressing oncolytic viruses

Pre Karine Choquet

L’étude de Pre Choquet, basée sur le séquençage direct d’ARN par nanopores dans 12 lignées cellulaires humaines, révèle que des variants génétiques communs modulent plusieurs étapes de la maturation des pré-ARNm. Ces variants influencent l’épissage alternatif, l’ordre de retrait des introns et la longueur des queues poly(A), dévoilant des mécanismes de régulation jusque-là méconnus. Ce travail met en évidence la puissance du séquençage long direct pour analyser la maturation de l’ARN de manière allèle-spécifique.

Référence :

• Genetic regulation of nascent RNA maturation revealed by direct RNA nanopore sequencing

Pre Aïda Ouangraoua

Les gènes eucaryotes produisent plusieurs transcrits distincts grâce à l’épissage alternatif, mais les bases de données existantes ne renseignent pas sur la conservation et l’évolution des transcrits entre espèces. TranscriptDB comble ce manque en offrant un vaste catalogue de transcrits conservés et de phylogénies pour 317 espèces eucaryotes, facilitant l’exploration comparative de l’évolution des gènes et transcrits.

Référence :

• TranscriptDB: a transcript-centric database to study eukaryotic transcript conservation and evolution