Le projet dans le plan quadriennal 2009-2012

     En janvier 2005, la direction de l’équipe Cycle Cellulaire et Développement, antérieurement animée par le Professeur Robert Bellé et le Dr Odile Mulner-Lorillon, a été prise par le Dr. Patrick Cormier . En augmentant la visibilité de cette équipe au sein de deux communautés scientifiques traitant respectivement  de la génomique du modèle oursin et de la régulation traductionnelle, les deux objectifs fixés pour les deux ans qui ont suivi cette prise de responsabilité ont été obtenus.

     Fort de cette visibilité, l’équipe tient maintenant à renforcer trois axes primordiaux qui se résumeront dans les termes suivants :
-Réseau des régulateurs  traductionnels au cours du développement embryonnaire précoce de l'oursin
-traduction et cycle
-option thérapeutique.

Vers un réseau des régulateurs traductionnels du dévelopement embryonnaire précoce de l’oursin

     Le développement embryonnaire précoce de l'oursin représente un paradigme pour l'analyse de la régulation de l'expression des gènes au niveau de la traduction. L'obtention récente du génome de l'oursin S. pupuratus (Sea Urchin Genome Sequencing Consortium, 2006) nous a permis d'annoter l'intégralité de la machinerie de traduction dans cet organisme (Morales et al., 2006) chez lequel la conservation et la non redondance des gènes représentent un avantage important pour les études fonctionnelles des acteurs moléculaires. La machinerie de traduction est étroitement régulée en réponse à la fécondation (Oulhen et al., 2007) et l'activité traductionnelle est cruciale pour le bon déroulement de l’entrée dans le cycle cellulaire et les divisions rapides de l’embryon précoce. Le développement embryonnaire de l'oursin représente de plus un modèle puissant pour l'étude des voies de signalisation des points de surveillance de l'ADN et de sa réparation ainsi que de l'apoptose (Le Bouffant et al., 2007). La compréhension des régulations traductionnelles au cours du développement embryonnaire dans les conditions physiologiques ou au cours de conditions qui affectent la machinerie de traduction représente un challenge important. Le réseau traductionnel n'a encore jamais été abordé par une approche systémique telle que décrite pour le réseau transcriptionnel chez l'oursin. Le modèle de l'embryon précoce d'oursin permettra d'initier la construction de ce réseau, d'une part parce que le contrôle traductionnel est capital pour les premières heures de la vie de l'embryon et d'autre part, parce que de nombreux acteurs de la traduction ont été identifiés et caractérisés au cours du développement précoce de cet organisme. Identifier quels sont les ARNm recrutés dans les polysomes et comment sont spécifiés en terme spatio-temporel ces recrutements au cours du développement embryonnaire précoce dans des conditions physiologiques ou de stress, représentent un objectif majeur pour la construction du réseau traductionnel qui contrôle le développement embryonnaire. Nous utiliserons les caractéristiques du modèle embryonnaire précoce de l’oursin pour initier le premier réseau des régulateurs traductionnels. Pour cela, nous voulons, dans les conditions physiologiques et en présence d’agents qui perturbent l’activité traductionnelle :
      1. étudier l’ensemble des modifications de la machinerie de la traduction induit par la fécondation et impliqué dans le contrôle traductionnel au cours du développement embryonnaire précoce.
    2. identifier les ARNm recrutés dans les polysomes en fonction de l’état d’activation de la machinerie de traduction au cours du développement embryonnaire précoce de l’oursin
L’ensemble des données obtenues sera compilé pour établir le premier réseau traductionnel au cours du développment embryonnaire.

Traduction et cycle.

     Seront privilégiés dans les axes de recherche de l’équipe ceux qui renforceront les liens entre le cycle cellulaire et la régulation traductionnelle. Ainsi, les thèmes tels que l’entrée en apoptose et les points de contrôle liés à l’endommagement de l’ADN dans le contexte de la régulation traductionnelle seront appuyés.
     Très récemment, la régulation traductionnelle a été impliquée de manière remarquable dans le mécanisme d’apoptose. D'un côté, des recrutements via les IRES (Internal Ribosome Entry Sites) d'ARNm codant pour des protéines pro- ou anti-apoptotiques influencent directement la survie des cellules. D'un autre côté la machinerie de traduction est modifiée en réponse à des stress cellulaires qui orientent alors la cellule vers une mort programmée.
La prolifération cellulaire est sous contrôle de mécanismes prévenant les divisions anormales ou anarchiques à l'origine des cancers. La caractérisation moléculaire de ces mécanismes de surveillance appelés checkpoints est un challenge dans la compréhension de la cancerogenèse.      Nous avons montré l'existence, dans l'embryon d'oursin, d'un checkpoint activable par endommagement de l'ADN au cours du premier cycle après fécondation. Parallèlement nos études suggèrent des modifications quantitatives (dégradation/synthèse) et/ou qualitatives (phosphorylation/localisation cellulaire) de facteurs de traduction lors de l'entrée dans le cycle cellulaire après fécondation.
     L’objectif est maintenant de découvrir les réseaux de signalisation régulant les modifications des facteurs de traduction et les effets de ces modifications sur la synthèse globale et spécifique des protéines, au cours du cycle cellulaire normal induit par la fécondation et du cycle cellulaire affecté par l’activation du point de surveillance de l’ADN endommagé. 

     Nos perspectives sont de continuer l'étude de la corrélation entre les modifications structurales (localisation cellulaire, western blot.....) et fonctionnelles (synthèse protéique globale et spécifique) des facteurs de traduction majeurs et le déroulement du cycle cellulaire juste après fécondation (levée du blocage en G1, entrée en phase S et replication ADN; transition G2/M, condensation de la chromatine, rupture de l'enveloppe nucléaire, formation du fuseau microtubulaire). Nous caractériserons les réseaux de signalisation (kinases, phosphatases, protéases,.....) impliqués dans ces modifications lors de la fécondation (utilisation d'inhibiteurs/activateurs) et lorsque le cycle cellulaire est perturbé par la mobilisation d'un point de surveillance par des génotoxiques différents (bléomycine, MMS, chrome....).
     Parallèlement, nous prévoyons des études in vitro basées sur la préparation quantitative d’extraits cellulaires  à différentes phases du cycle grâce à la grande synchronicité des embryons d'oursin. Nous pourrons ainsi
     1) Sélectionner des messagers « types » et analyser leur traduction dans des extraits d'embryons préparés à différentes phases du cycle (G1, Phase S, Mitose) ou à des temps précis et caractéristiques de différents états physiologiques (activés/fécondés, endommagement de l'ADN ou du fuseau mitotique, stress ou apoptose, .....). Les messagers seront choisis dans trois grandes familles: des messagers dont la traduction dépend classiquement de la coiffe m7-GTP (cyclin B, actin), des messagers dont la traduction implique un IRES (internal ribosome entry site) comme ODC, p27 ou cdk11, et des messagers qui sont spécifiquement recrutés sur les polysomes en phase M (cyclin A, Nek).
     2) Mesurer les modifications relatives de la synthèse des messagers « types », marqueurs de changement de traduction dans les conditions de cycle normal et de cyle perturbé et corréler les changements traduction de ces messagers avec des changements de la quantité ou des modifications post-traductionnelles (phosphorylation) des facteurs de traduction d'intérêt selon l'état physiologique.
     3) Déterminer les réseaux de signalisation et les acteurs impliqués dans ces changements en utilisant des inhibiteurs/activateurs connus, soit par exposition des embryons avant la préparation des extraits soit par addition directe des drogues dans les extraits
     4) Découvrir de nouveaux acteurs appartenat à ces voies de signalisation et dont la synthèse est modifiée selon l'état physio/pathologique de la cellule et insérer le nouveau  messager dans le crible des messagers "types"
     L’ensemble des résultats montrant les liens entre la régulation traductionnelle et le cycle cellulaire apportera des données importantes pour l’établissement du réseau traductionnelle précédemment proposé. De plus, les résultats attendus nous amènent naturellement à nous intéresser à ces mécanismes dans des conditions de physiopathologie humaine en générale et  dans les mécanismes de cancérisation en particulier.

Option thérapeutique.

     Ce troisième aspect de la politique scientifique de notre équipe est en phase avec la politique de notre UMR (Mer et Santé, UPMC/CNRS 7150). Depuis 2005, cet axe se concrétise en collaboration avec des médecins. A l’heure actuelle, les facteurs 4E-BP, eIF4E eIF4G ont été analysés auprès de 50 patients souffrant de LLC CD5+. Nous espérons identifier l’expression de ces acteurs et leur ratio respectif comme des marqueurs de l’agressivité de cette hémato-pathologie. Des activités de synthèse protéique différentes ont été identifiées en fonction de l’état d’évolution de la maladie.
L’identification de nouveaux partenaires d’eIF4E et par conséquent l’identification de peptides à forte affinité pour eIF4E, offriront l'opportunité d'altérer l'accessibilité de cette protéine à ses partenaires et ainsi d'affecter ses fonctions cellulaires. Ce projet est d’autant plus important qu’un inhibiteur du complexe eIF4E/eIF4G vient d’être publié dans la revue Cell (Moerke et al., 2007) et est capable d’induire l’apoptose de lymphocytes T leucémiques (cellules Jurkat). Après avoir rencontré et discuté avec le Professeur Gerhard Wagner, responsable de l’équipe qui vient de publier la caractérisation de cet inhibiteur, la molécule devrait aussi être testée sur des cellules LLC CD5+ obtenues directement auprès de patients.
     Enfin, la LLC CD5+, caractérisée par une perte de l’apoptose renforce notre intérêt pour les liens entre régulation traductionnelle et mécanismes apoptotiques dans ces cellules. Nous envisageons ainsi d’analyser le pattern différentiel des ARNm recrutés dans les polysomes chez différents patients souffrant de LLC CD5+ en les comparant à des lymphocytes B normaux.  L’identification des ARNm d’intérêt, en particulier ceux codant pour des protéines anti-apoptotiques, permettra ensuite d’en étudier le mode de traduction (Cap-dépendante ou IRES dépendante).



L’ensemble du projet scientifique de l’équipe est résumé par le schéma suivant

Projet scientifique de l’équipe Cycle Cellulaire et Développement dans le cadre du prochain plan quadriennal. L’équipe se concentrera sur les différents niveaux de régulation traductionnelle en relation avec le cycle cellulaire dans des mécanismes physiologiques (fécondation, divisions mitotiques, développement embryonnaire) chez l’oursin et de physiopathologie humaine (LLC CD5+).