Cellular adaptation to amino acid availability : mechanisms involved in the regulation of gene expression

Résumé En Fr

In mammals, the impact of nutrients on gene expression has become an important area of research. Nevertheless, the current understanding of amino acid-dependent control of gene expression is limited. Amino acids have multiple and important functions, so their homeostasis has to be finely maintained. However, the amino acidemia can be affected by certain nutritional conditions or various forms of aggression. It follows that mammals have to adjust several of their physiological functions involved in the adaptation to amino acid availability by regulating expression of numerous genes. The aim of this review is to examine the role of amino acids in regulating mammalian gene expression and physiological functions. A limitation for several amino acids strongly increases the expression of target genes such as IGFBP-1, CHOP and asparagine synthetase (AS) genes. The molecular mechanisms involved in the regulation of CHOP and AS gene transcription in response to amino acid starvation have been partly identified. Particularly, a signalling pathway requiring the protein kinase GCN2 and the transcription factor ATF4 has been described to sense the amino acid limitation. In case of an amino acid imbalanced food source, this pathway has been shown to decrease food intake by activating a neuronal circuit. Taken together, the results discussed in this review demonstrate that amino acids by themselves can act as “ signal” molecules with important roles in the control of gene expression and physiological functions.

Bien que l’étude du rôle des nutriments dans la régulation de l’expression des gènes chez les Mammifères soit devenue un domaine de recherche important, les mécanismes impliquant les acides aminés sont encore peu connus. Du fait de l’importance de leurs rôles physiologiques, l’homéostasie des acides aminés doit être finement régulée. Cependant, les concentrations plasmatiques des acides aminés peuvent être affectées par certaines conditions nutritionnelles ou différentes formes d’agression. En régulant l’expression d’un grand nombre de gènes, l’organisme a la capacité d’ajuster certaines de ses fonctions impliquées dans l’adaptation à la disponibilité en acides aminés. Cette revue vise à rassembler les données actuelles concernant le rôle des acides aminés dans la régulation de l’expression des gènes et des fonctions physiologiques chez les Mammifères. Pour plusieurs acides aminés dits «indispensables » , une diminution de leur concentration entraîne la stimulation de l’expression de gènes cibles spécifiques tels que les gènes codant pour IGFBP-1, CHOP et l’asparagine synthétase (AS). Les mécanismes moléculaires impliqués dans l’activation transcriptionnelle de CHOP et AS en réponse à une carence en acide aminé ont été en partie identifiés. En particulier, une voie de signalisation faisant intervenir la protéine kinase GCN2 et le facteur de transcription ATF4 joue le rôle de senseur des déficits en acides aminés. Au niveau physiologique, des travaux récents montrent que l’activation de cette voie permet, par le biais d’un circuit neuronal, d’inhiber la prise alimentaire lorsque l’apport nutritionnel en acides aminés est déséquilibré. L’ensemble des données présentées dans cette revue montre que les acides aminés peuvent agir comme des molécules «signal » contrôlant l’expression de gènes afin de réguler certaines fonctions physiologiques.