Applications du séquençage des polysomes dans la recherche sur le cancer

Profilage des polysomes est une méthode de recherche en translationomique qui utilise la centrifugation ultrarapide sur gradient de densité de saccharose pour séparer les ARNm liés à un nombre variable de ribosomes, fournissant un reflet direct de l'état translationnel au sein des cellules.

Combiné avec séquençage à haut débitCette technique peut évaluer avec précision l'efficacité de la traduction des gènes et les mécanismes de régulation translationnelle dans diverses conditions physiologiques ou pathologiques.

Dans la recherche sur le cancer, séquençage de polysomes a été largement utilisé pour révéler les mécanismes de régulation translationnelle dans des processus biologiques clés tels que la tumorigenèse, la résistance aux médicaments et l'évasion immunitaire.

Déverrouiller les dynamiques de traduction : Un guide sur le profilage des polysomes

Le profilage des polysomes fournit une méthode directe pour mesurer la synthèse protéique active au sein des cellules. Cette technique puissante pour les études de régulation de la traduction révèle quels ARN messagers sont activement traduits, et non seulement présents. Le principe de base est élégant : plus il y a de ribosomes attachés à une chaîne d'ARNm, plus elle sédimente rapidement lors de la centrifugation. Cela permet aux chercheurs de séparer et d'analyser les ARNm en fonction de leur activité de traduction.

Un flux de travail rationalisé des cellules aux données

Le processus expérimental est conçu pour capturer un instantané de la traduction en cours.

• Traitement et lyse des cellules : Les cellules sont d'abord traitées avec un inhibiteur de la traduction comme la cycloheximide. Cela "fige" les ribosomes sur leurs pistes d'ARNm. Les cellules sont ensuite doucement lysées, et le contenu cytoplasmique est collecté.
• Séparation par ultracentrifugation : Le lysat est déposé sur un gradient de densité de saccharose (généralement 10%-50%). Pendant l'ultracentrifugation, les composants se séparent par densité : l'ARN libre et les ribosomes simples se déposent plus haut, tandis que les polysomes lourds coulent plus bas.
• Collecte et analyse des fractions : Les fractions contenant des polysomes sont collectées. L'ARN est extrait et peut être analysé par qPCR, microarrays ou séquençage pour identifier quels gènes sont activement traduits.

Avantage clé : Accès au contexte réglementaire complet

Une force majeure de cette méthode est sa capacité à récupérer des ARNm de pleine longueur en cours de traduction, y compris leurs régions non traduites (UTR). Cela est crucial pour analyser les mécanismes de traduction des ARNm, car cela permet aux chercheurs d'examiner comment les éléments régulateurs dans les UTR contrôlent la production de protéines.

Applications spécifiques dans la recherche sur les mécanismes du cancer

1. Déchiffrer comment l'initiation de traduction aberrante entraîne la progression tumorale

Une revue de Wu Q et al. a démontré que l'initiation de traduction aberrante médiée par l'hélicase eIF4A est un mécanisme clé de la progression du cancer dans le cancer de la prostate. eIF4A est surexprimé dans le cancer de la prostate et est associé à un mauvais pronostic.

Utiliser profilage des polysomes et Ribo-seqDes études ont montré que l'eIF4A favorise l'initiation de la traduction des transcrits oncogéniques tels que le récepteur aux androgènes (AR) et HIF1α en déconstruisant les structures secondaires de l'ARN dans l'UTR 5′. Son inhibiteur, le zotatifin, inhibe de manière significative la croissance tumorale et présente une efficacité synergique lorsqu'il est combiné avec des inhibiteurs de l'AR.

2. Révélation de l'inhibition translationnelle médiée par la séparation de phases et de la résistance aux médicaments

Meng F et al. ont découvert que la kinase RIOK1 forme des granules de stress (SG) par séparation de phase liquide-liquide dans le carcinome hépatocellulaire (CHC), inhibant ainsi la traduction du suppresseur de tumeur PTEN.

Analyse des polysomes a révélé que la surexpression de RIOK1 réduisait significativement la proportion d'ARNm PTEN dans les fractions de polysomes, indiquant une inhibition spécifique de sa traduction. Ce processus active la voie des pentoses phosphates, favorisant la croissance tumorale et renforçant la résistance aux inhibiteurs de la tyrosine kinase tels que le sorafénib. Des études ultérieures ont montré que le médicament chidamide peut inverser l'inhibition de PTEN médiée par RIOK1 en dégradant RIOK1, améliorant ainsi la sensibilité à la chimiothérapie.

3. Cibler l'initiation de la traduction : Une nouvelle thérapie pour inhiber la traduction des ARNm oncogéniques

Li Q et al., en utilisant l'analyse des polysomes, ont découvert que YTHDF1 régule spécifiquement l'efficacité de la traduction des gènes cibles oncogéniques grâce à sa capacité de liaison à l'm6A. Dans les cellules de cancer du foie, la réduction de YTHDF1 a entraîné le déplacement des ARNm des gènes clés de l'autophagie ATG2A et ATG14 des fractions de polysomes traduisant activement vers des fractions non traduisantes, indiquant un blocage de la traduction. En revanche, la surexpression de YTHDF1 sauvage a favorisé l'enrichissement de ces deux ARNm dans les polysomes, améliorant la synthèse des protéines. Le mécanisme clé est que le mutant du site de liaison à l'm6A (YTHDF1-MUT) perd complètement cette fonction, prouvant que YTHDF1 "recrute" des ribosomes pour cibler l'ARNm de manière strictement dépendante de l'm6A, entraînant ainsi la progression du cancer du foie.

La MeRIP-seq et la protéomique ont identifié des cibles potentielles de YTHDF1 dans le HCC (Li Q et al., 2021)

La pseudouridylation médiée par PUS7 inhibe la progression du cancer gastrique en activant la traduction d'ALKBH3.

Chang Y et al. ont découvert que l'expression de la pseudouridine synthase PUS7 était significativement régulée à la baisse dans les tissus de cancer gastrique. Des expériences fonctionnelles ont démontré que PUS7 inhibe la croissance tumorale grâce à son activité catalytique. Mécaniquement, PUS7 pseudouridyle l'ARNm ALKBH3 à la position U696. L'analyse des polysomes a confirmé que cette modification améliore significativement l'efficacité de la traduction de l'ARNm ALKBH3 plutôt que d'affecter sa stabilité, augmentant ainsi l'expression de la protéine suppresseur de tumeur ALKBH3. Cette étude révèle une nouvelle voie de suppression tumorale médiée par la pseudouridylation de l'ARNm et fournit une cible potentielle pour le traitement du cancer gastrique.

5. Exploration de la fonction translationnelle des ARN non codants

Analyse des polysomes peut être utilisé pour identifier le potentiel de traduction des ARN non codants, tels que les circARN et les lncARN. Par exemple, Jiang X et al. ont découvert que l'ARN circulaire hsa_circ_0000467 est significativement surexprimé dans le cancer colorectal et associé à un mauvais pronostic. Fonctionnellement, il favorise la croissance des cellules cancéreuses et la métastase. L'analyse des polysomes a révélé son mécanisme central : hsa_circ_0000467 agit comme un échafaudage moléculaire dans le cytoplasme, se liant à l'hélicase ARN eIF4A3 et à l'ARNm c-Myc pour former un complexe ternaire, améliorant significativement l'efficacité de traduction de c-Myc sans affecter son niveau d'ARNm. L'élévation de la protéine c-Myc, à son tour, régule les cibles en aval liées au cycle cellulaire et à l'EMT, entraînant finalement la progression tumorale. Cette étude fournit de nouveaux marqueurs diagnostiques potentiels et cibles thérapeutiques pour le cancer colorectal.

Circ467 peut augmenter l'efficacité de traduction de c-Myc (Jiang X et al., 2024)

6. Conduire le reprogrammation du métabolisme du glucose pour promouvoir la progression du cancer du foie

Xia P et al. ont découvert que la méthyltransférase METTL5 est fortement exprimée dans le cancer du foie et peut entraîner un reprogrammation du métabolisme du glucose (effet Warburg). Mécaniquement, l'analyse des polysomes a révélé que METTL5 améliore significativement la traduction de l'ARNm de l'enzyme déubiquitinase USP5, augmentant ainsi les niveaux de protéine USP5. USP5 inhibe la polyubiquitination liée à K48 et la dégradation de c-Myc, renforçant sa stabilité et activant ainsi l'expression de gènes glycolytiques tels que LDHA et PKM2, favorisant finalement la prolifération et la métastase du cancer du foie. Des études ont confirmé que CREB1/P300 est un facteur en amont régulant la transcription de METTL5. La réduction de METTL5 dans des modèles PDX a démontré un effet antitumoral significatif, suggérant son potentiel en tant que nouvelle cible thérapeutique pour le cancer du foie.

7. LIN28B déclenche l'initiation du cancer du foie à travers une cascade de traduction régulant un réseau de RBP.

Hsieh MH et al. révèlent que LIN28B est un moteur clé de l'initiation du cancer du foie. Son mécanisme principal ne passe pas principalement par l'inhibition de let-7, mais plutôt par l'amélioration directe de la traduction de l'ARNm de huit membres clés d'un réseau régulateur central de 15 protéines liant l'ARN (RBPs). L'analyse des polysomes a confirmé l'augmentation directe de la traduction de ce réseau de RBPs par LIN28B. Ce réseau forme une puissante cascade régulatrice post-transcriptionnelle, promouvant finalement des processus tels que la synthèse des protéines, fournissant ainsi la base essentielle pour l'initiation du cancer du foie.

Pour en savoir plus sur les applications avancées du séquençage des polysomes dans la recherche sur les plantes, veuillez vous référer à "Applications avancées du séquençage des polysomes dans la recherche sur les plantes.

Pour comprendre comment le séquençage des polysomes joue un rôle dans l'infection virale et les interactions hôte-pathogène, référez-vous à "Séquençage des polysomes pour les études d'infection virale et d'interaction hôte-pathogène.

Comparaison technique et avantages

L'avantage unique du profilage des polysomes réside dans sa capacité à quantifier directement le nombre de ribosomes sur chaque ARNm, offrant ainsi un reflet intuitif des changements dynamiques dans l'efficacité de la traduction.

Pour en savoir plus sur les différences et les applications du profilage des polysomes et du profilage des ribosomes, veuillez vous référer à "Profilage des polysomes vs. Profilage des ribosomes : Différences clés et applications.

Contrôle de la traduction dans le cancer : Perspectives actuelles et orientations futures

Séquençage des polysomes révolutionne notre compréhension du cancer en révélant une dysrégulation généralisée au niveau de la traduction. Cette technologie fournit des informations cruciales sur la progression tumorale, la résistance aux médicaments et les mécanismes de réponse immunitaire qui sont souvent invisibles aux autres approches omiques. Pour les développeurs de médicaments, l'analyse du contrôle translationnel offre une fenêtre directe sur le protéome fonctionnel, dévoilant de nouvelles vulnérabilités thérapeutiques.

En regardant vers l'avenir, l'intégration du profilage des polysomes avec des plateformes multi-omiques de pointe à cellule unique et spatiales ouvrira la voie à une précision sans précédent. Une prévision de l'industrie pour 2023 suggère que le marché des diagnostics oncologiques axés sur la traduction connaîtra une croissance de 35 % par an, soutenue par ces synergies technologiques.

Les applications futures sont prêtes à impacter trois domaines clés :

• Diagnostics cliniques : L'analyse translationnelle de petits échantillons cliniques, comme les biopsies, pourrait affiner le sous-typage du cancer et améliorer la précision pronostique.
• Découverte de nouveaux médicaments : Cette approche permet le développement rationnel de thérapies ciblant la machinerie de traduction, comme les facteurs d'initiation (par exemple, eIF4A) ou les kinases spécifiques au contexte (par exemple, RIOK1).
• Immunothérapies de nouvelle génération : Comprendre comment les erreurs de traduction (par exemple, le décalage de cadre) génèrent des néoantigènes peut éclairer les stratégies pour améliorer l'efficacité des inhibiteurs de points de contrôle immunitaire.

Références :

1. Wu Q, Tavazoie SF. Rébellion des ribosomes : Quand les usines à protéines propulsent la progression du cancer. Cellule cancéreuse12 mai 2025 ; 43(5) : 808-809.
2. Meng F, Li H, Huang Y, Wang C, Liu Y, Zhang C, Chen D, Zeng T, Zhang S, Li Y, Zhang B, Lang C, Xia J, Xiong W, Pan S, Sun X, Thorne RF, Liu Y, Wang J, Zhang S, Song R, Wang J, Liu L. La séparation de phase RIOK1 restreint la traduction de PTEN via des granules de stress, activant ainsi la croissance tumorale dans le carcinome hépatocellulaire. Nat Cancer. Juil 2025;6(7):1223-1241.
3. Li Q, Ni Y, Zhang L, Jiang R, Xu J, Yang H, Hu Y, Qiu J, Pu L, Tang J, Wang X. L'expression induite par HIF-1α du lecteur m6A YTHDF1 stimule l'autophagie induite par l'hypoxie et la malignité du carcinome hépatocellulaire en favorisant la traduction d'ATG2A et d'ATG14. Signal Transduct Target Ther. 2021 févr. 23;6(1):76.
4. Chang Y, Jin H, Cui Y, Yang F, Chen K, Kuang W, Huo C, Xu Z, Li Y, Lin A, Yang B, Liu W, Xie S, Zhou T. La pseudouridylation dépendante de PUS7 de l'ARNm ALKBH3 inhibe la progression du cancer gastrique. Médecine Transl Clin. 2024 août;14(8):e1811.
5. Xia P, Zhang H, Lu H, Xu K, Jiang X, Jiang Y, Gongye X, Chen Z, Liu J, Chen X, Ma W, Zhang Z, Yuan Y. METTL5 stabilise c-Myc en facilitant la traduction de l'USP5 pour reprogrammer le métabolisme du glucose et promouvoir la progression du carcinome hépatocellulaire. Cancer Commun (Lond). mars 2023 ; 43(3) : 338-364.
6. Jiang X, Peng M, Liu Q, Peng Q, Oyang L, Li S, Xu X, Shen M, Wang J, Li H, Wu N, Tan S, Lin J, Xia L, Tang Y, Luo X, Liao Q, Zhou Y. L'ARN circulaire hsa_circ_0000467 favorise la progression du cancer colorectal en stimulant la traduction de c-Myc médiée par eIF4A3. Cancer Mol. 31 juil. 2024;23(1):151.
7. Hsieh MH, Wei Y, Li L, Nguyen LH, Lin YH, Yong JM, Sun X, Wang X, Luo X, Knutson SK, Bracken C, Daley GQ, Powers JT, Zhu H. L'initiation du cancer du foie nécessite une activation translationnelle par un régulon oncofoetal impliquant les protéines LIN28. J Clin Invest2024 Jun 13;134(15):e165734.