Trafic intracellulaire de l’ARN de la télomérase chez Saccharomyces cerevisiæ : relation entre biogénèse de la télomérase et homéostasie des télomères

Abstract

Le contrôle de la longueur des télomères est une étape critique régissant le potentiel réplicatif des cellules eucaryotes. A cause du problème de fin de réplication, les chromosomes raccourcissent à chaque cycle de division. Ce raccourcissement se produit dans des séquences particulières appelées télomères. La longueur des télomères est en relation directe avec les capacités prolifératives des cellules et est responsable de la limite de division de Hayflick. Cependant, dans certains types cellulaires et dans plus de 90% des cancers, la longueur des télomères va être maintenue par une enzyme spécialisée appelée télomérase. Encore aujourd’hui, comprendre la biogénèse de la télomérase et savoir comment elle est régulée reste un élément clé dans la lutte contre le cancer. Depuis la découverte de cette enzyme en 1985, de nombreux facteurs impliqués dans sa maturation ont été identifiés. Cependant, comment ces facteurs sont intégrés dans le temps et dans l’espace, afin de produire une forme active de la télomérase, est une question restée sans réponse. Dans ce projet, nous avons utilisé la levure Saccharomyces cerevisiæ comme modèle d’étude des voies de biogénèse et de trafic intracellulaire de l’ARN de la télomérase, en condition endogène. La première étape de mon travail fut d’identifier les facteurs requis pour l’assemblage et la localisation de la télomérase aux télomères en utilisant des techniques d’Hybridation In Situ en Fluorescence (FISH). Nous avons pu montrer que la composante ARN de la télomérase fait la navette entre le noyau et le cytoplasme, en condition endogène, dans les cellules sauvages. Nos travaux suggèrent que ce trafic sert de contrôle qualité puisqu’un défaut d’assemblage de la télomérase conduit à son accumulation cytoplasmique et prévient donc sa localisation aux télomères. De plus, nous avons identifié les voies d’import/export nucléaire de cet ARN. Dans une deuxième approche, nous avons réussi à développer une méthode de détection des particules télomérasiques in vivo en utilisant le système MS2-GFP. Notre iv étude montre que contrairement à ce qui a été précédemment décrit, la télomérase n’est pas associée de façon stable aux télomères au cours du cycle cellulaire. En fin de phase S, au moment de la réplication des télomères, la télomérase se regroupe en 1 à 3 foci dont certains colocalisent avec les foci télomériques, suggérant que nous visualisons la télomérase active aux télomères in vivo. La délétion des gènes impliqués dans l’activation et le recrutement de la télomérase aux télomères entraine une forte baisse dans l’accumulation des foci d’ARN au sein de la population cellulaire. Nos résultats montrent donc pour la première fois la localisation endogène de l’ARN TLC1 in situ et in vivo et propose une vue intégrée de la biogenèse et du recrutement de la télomérase aux télomères.

Telomere length control is a critical step that governs the replicative potential of eukaryotic cells. Due to the end replication problem, chromosomes shorten at each round of division. This attrition occurs in specialized sequences at the extremity of chromosomes called telomeres. Telomere size is in direct relationship with proliferative potential and responsible for Hayflick’s division limit. However, in different cell type and in cancers, an end-specialized enzyme called telomerase maintains telomere length. Reactivation of telomerase in somatic cells triggers a pre-tumoral phenotype and more than 90% of cancers highly express this enzyme. Still today, understanding how telomerase is synthesized and reactivated can be a key step for the understanding of cancer arising and progression. Since the discovery of this enzyme in 1985, several factors involved in the regulation of this enzyme have been discovered. However, the spatio-temporal regulation of telomerase biogenesis and regulation has not been determined. We used the yeast S.cerevisiæ to study the biogenesis and recruitment of telomerase to telomeres. The first step in my work was to determine the factors required for the biogenesis and recruitment of telomerase to telomeres using fluorescence in situ hybridization. We have shown that the telomerase RNA component shuttles between the nucleus and the cytoplasm in wild type endogenous conditions. We have shown that this intracellular trafficking is used as a quality control mechanism that prevents the nuclear localization of miss assembled telomerase complexes. Moreover, we have identified the import/export pathways of the telomerase RNA. In a second step, we developed an in vivo localization system to follow the telomerase RNA dynamics. We used the MS2-GFP system to track this RNA in vivo. Our study shows that, contrary to what was previously described, telomerase is not stably associated to telomeres during the cell cycle but freely diffuses in the nucleus of G1 cells. In late S phase, at the moment of telomere replication, telomerase clusters in 1 to 3 big foci vi that colocalizes with telomeres clusters in vivo, suggesting the visualization of active telomerase particles replicating telomeres. Disruption of gene coding for telomerase activators triggers a great reduction of telomerase RNA clusters in a cell population. Altogether, our results shows for the first time the localization of the endogenous form of the telomerase RNA and propose an integrated view of telomerase biogenesis and recruitment to telomeres.