Séquençage des ribosomes pour explorer le transcriptome et le translatome dans la recherche sur les maladies cardiaques humaines

La traduction est le processus par lequel le ribosome lit le modèle d'ARNm pour guider la synthèse des protéines, et c'est l'étape clé de l'expression génique. Profilage des ribosomes (le Ribo-seq) est un outil basé sur le séquençage profond qui permet la mesure détaillée de la traduction à l'échelle mondiale et in vivo, ce qui constitue une étude du processus de traduction de l'ARN à la protéine. Cette méthode de séquençage fournit la première méthode systématique pour l'annotation de la région codante expérimentale, découvrant ainsi la régulation de l'expression génique de divers processus biologiques complexes, des aspects importants du mécanisme de synthèse des protéines, et même de nouvelles protéines. Le séquençage de ces fragments protecteurs ribosomiques fournit donc un enregistrement précis de la position ribosomique au moment de la traduction. La distribution des empreintes ribosomiques peut fournir des informations sur les mécanismes de contrôle de la traduction (par exemple, elle peut être utilisée pour identifier les pauses de traduction régulatrices et les cadres de lecture ouverts en amont pour la traduction). À l'heure actuelle, ce type de séquençage est largement utilisé dans la recherche sur les groupes de traduction.

Les forces du séquençage ribosomal

(1) Il offre une large plage dynamique de détection et de quantification de la traduction dans des cellules non perturbées.

(2) Il fournit des informations positionnelles à la fois riches et précises.

La nature instantanée des informations collectées reflète un instantané de la traduction.

(4) Les avancées analytiques qui permettent une identification plus complète d'autres événements de traduction non canoniques continueront d'élargir notre compréhension de la capacité de codage des protéines des génomes complexes.

(5) La sensibilité et la résolution peuvent mesurer le comportement ribosomal sur des transcrits spécifiques dans une population cellulaire unique, et la résolution peut atteindre un seul codon.

Ribo-seq pour étudier la translatomique des cardiomyocytes hypertrophiques

La croissance hypertrophique des cardiomyocytes est l'une des principales réponses compensatoires du cœur après une stimulation physiologique ou pathologique. L'augmentation de la synthèse protéique médiée par la traduction de l'ARN messager est l'une des caractéristiques principales de l'hypertrophie cardiaque. Cependant, le mécanisme de cette induction au niveau de la traduction reste à déterminer. Récemment, des chercheurs ont analysé le corps de traduction du cœur par séquençage profond de Ribo-seq et RNA-seq. Les données ont montré que l'augmentation de l'efficacité de la synthèse protéique dans l'hypertrophie des cardiomyocytes induite par la PE était principalement due à l'augmentation du nombre de ribosomes, comme en témoigne l'augmentation de la traduction des gènes des protéines ribosomiques. Cette étude fournit un aperçu complet du contrôle de la traduction derrière l'hypertrophie cardiaque grâce au séquençage des ribosomes et démontre le rôle non reconnu des micro-peptides dans la biologie cellulaire cardiaque.

Détection des fragments d'ARN traduisants actifs provenant de cardiomyocytes hypertrophiques

Le profilage des ribosomes révèle les principes du contrôle de la traduction dans le cœur humain.

La régulation de la traduction est un élément clé de l'expression génique, mais nous savons peu de choses sur son rôle dans le cœur humain. Les translatomes à l'échelle du génome peuvent être caractérisés en utilisant le profilage des ribosomes, qui capture les empreintes d'ARNm protégées par les ribosomes en traduction. Les chercheurs analysent les translatomes de 80 cœurs humains pour identifier de nouveaux événements de traduction et quantifier l'effet de la régulation translationnelle par mRNA-seq et ribo-seq. Cette étude a identifié des centaines de microprotéines précédemment non détectées et suggère des rôles inédits de ces microprotéines ou leur implication dans des fonctions biologiques attribuées à l'lncRNA. De plus, 40 molécules de circRNA traduisibles ont été trouvées en analysant la séquence d'interface circRNA capturée par les ribosomes dans les données de ribo-seq. Parmi elles, circCFLAR, circSLC8A1, circMYBPC3 et circRYR2 sont les premières molécules de circRNA traduisibles trouvées dans le myocarde.

Analyse de ribo-profiling des molécules de circRNA traduisibles

Le profilage des ribosomes est rapidement devenu un outil largement utilisé pour comprendre des problèmes biologiques divers et complexes, avec une gamme d'applications, allant d'un outil protéomique général à une sonde spécifique de la traduction dans un contexte in vivo. L'application de l'analyse des ribosomes dans le groupe de traduction peut décrire de manière précise et quantitative ce que les cellules traduisent, comment la traduction est régulée, ainsi que le moment et le lieu de la traduction. La nature riche et quantitative des données de ribo-seq offre une opportunité sans précédent d'explorer et de simuler des processus de traduction complexes. Nous croyons que le profilage des ribosomes fournira des ressources précieuses pour une compréhension approfondie des maladies cardiaques humaines et de ses multiples mécanismes potentiels.

Références:

1. VanInsberghe, Michael et al. "Le Ribo-seq à cellule unique révèle un arrêt de la traduction dépendant du cycle cellulaire." Nature vol. 597,7877 (2021) : 561-565.
2. Brar, Gloria A, et Jonathan S Weissman. "Le profilage des ribosomes révèle le quoi, le quand, le où et le comment de la synthèse des protéines." Revue de la nature. Biologie cellulaire moléculaire vol. 16,11 (2015) : 651-64.
3. Yan, Youchen et al. "Le paysage de la translational cardiaque révèle que les micropeptides sont de nouveaux acteurs impliqués dans l'hypertrophie des cardiomyocytes." Thérapie moléculaire : le journal de la Société américaine de thérapie génique vol. 29,7 (2021) : 2253-2267.
4. van Heesch, Sebastiaan et al. "Le paysage translationnel du cœur humain." Volume de cellule. 178,1 (2019) : 242-260.e29.