Des structures d'ARN appelées rG4 accélèrent le vieillissement cellulaire en bloquant la machinerie de synthèse des protéines

La sénescence cellulaire — un état d'arrêt irréversible de la croissance — accélère le vieillissement tissulaire et les maladies liées à l'âge, en partie par l'effondrement de l'homéostasie protéique (protéostasie). Bien qu'il soit établi que la pause ribosomique contribue à l'échec de la protéostasie, les déclencheurs moléculaires reliant ce phénomène à la sénescence restaient mal compris. Cette étude identifie les structures G-quadruplex d'ARN (rG4) comme un moteur jusqu'alors méconnu du blocage des ribosomes dans les cellules sénescentes.

À l'aide du RNA-seq et du Ribo-seq (profilage des ribosomes) en parallèle sur des fibroblastes humains BJ jeunes en prolifération et des fibroblastes sénescents par réplication, les auteurs ont constaté que les gènes présentant une efficacité traductionnelle (TE) réduite étaient environ quatre fois plus nombreux que ceux présentant une TE accrue dans les cellules sénescentes. Fait essentiel, le plus grand groupe de gènes affectés présentait des modifications exclusivement au niveau traductionnel — et non au niveau de l'abondance des ARNm —, ce qui implique l'élongation traductionnelle plutôt que la transcription. L'analyse des scores de pause ribosomique a révélé que les pauses étaient enrichies immédiatement en amont de motifs riches en guanine, et les algorithmes de prédiction des structures rG4 ont confirmé que ces séquences présentaient un potentiel de formation de G-quadruplex significativement plus élevé que des contrôles mélangés aléatoirement.

Pour établir la causalité, l'équipe a réalisé un séquençage par immunoprécipitation d'ARN G4 (rG4-RIP-seq) ainsi qu'une immunofluorescence à l'aide de sondes de liaison G4 (G4P et BG4). Dans les cellules jeunes, le signal rG4 était principalement nucléaire, mais dans les cellules sénescentes, il s'étendait de façon spectaculaire vers le cytoplasme — co-localisant avec les ribosomes —, indiquant que la formation cytoplasmique de rG4 dans les ARNm est un événement associé à la sénescence. Des tests rapporteurs ont confirmé que l'insertion de séquences formant des rG4 dans les régions codantes (CDS) était suffisante pour entraver la traduction dans des systèmes cellulaires et acellulaires, tandis que la mutation de ces séquences restaurait l'efficacité traductionnelle.

L'étude a ensuite identifié DHX9, une hélicase à ARN dotée d'une activité de déroulement des rG4 connue, comme un régulateur clé. L'expression de DHX9 était significativement réduite dans les cellules BJ sénescentes, les fibroblastes de bout de queue de souris âgées et les tissus de souris âgées. La surexpression de DHX9 dans des cellules sénescentes réduisait l'abondance des rG4 et atténuait la pause ribosomique, tandis que l'extinction de DHX9 dans des cellules jeunes reproduisait l'état sénescent — augmentant les niveaux de rG4, favorisant le blocage des ribosomes, perturbant la protéostasie et accélérant les marqueurs de sénescence, notamment l'activité SA-β-galactosidase, la régulation positive de p21 et la sécrétion de facteurs SASP. À l'inverse, la stabilisation pharmacologique des structures rG4 (à l'aide du ligand G4 PDS) aggravait la sénescence, renforçant ainsi la signification fonctionnelle de l'accumulation des rG4.

Ces résultats établissent un axe mécanistique : déclin de DHX9 → accumulation de rG4 dans les CDS des ARNm → pause ribosomique → réduction de la TE pour des protéines clés → effondrement de la protéostasie → aggravation de la sénescence. L'observation conservée dans les tissus de souris âgées suggère que cette voie opère in vivo au cours du vieillissement des mammifères, faisant de DHX9 et de la résolution des rG4 des cibles potentielles pour des interventions visant à ralentir le vieillissement cellulaire et de l'organisme.