Blanc SVSE 2 - Sciences de la vie, de la santé et des écosystèmes : Biologie cellulaire, développement

Ubiquitylation et contrôle spatiotemporel de l’expression génétique – UBIGENEX

Ce projet est réalisé dans la levure, un organisme simple mais dans lequel ces fonctions fondamentales sont conservées et qui est aisément manipulable génétiquement, et sans risque. Nous utilisons des approches expérimentales combinant donc la génétique, la biochimie (ou chimie du vivant), la biologie moléculaire ainsi que des approches de microscopie qui nous permettent de suivre les molécules comme les ARNs dans les cellules.

De récentes études, dont certaines réalisées dans nos laboratoires, montraient que l’ubiquitylation joue un rôle important dans ce couplage. L’ubiquitine est une petite molécule qui, en se fixant spécifiquement sur des protéines cibles dicte les fonctions de ces protéines. Nous avions montré que la protéine responsable de l’export des ARNm dans le cytoplasme, interagissait spécifiquement avec des protéines ubiquitylées et impliquées dans certaines étapes de la synthèse des ARNm. Grâce à ce projet, nous avons maintenant montré que l'ubiquitylation de protéines intimement associées aux gènes peuvent dicter le devenir d'un ARNm. D'autre part, nous avons démontré que cette petite molécule est également capable de moduler la fonction du pore nucléaire, une structure multimoléculaire qui contrôle très strictement les échanges de molécules entre le noyau et le reste de la cellule.

Les connaissances ainsi acquises dans le modèle levure pourront maintenant être utilisées pour appréhender les dysfonctionnements des mécanismes de synthèse des ARNm observés dans certaines pathologies en particulier cancéreuses.

Ce projet qui n'est qu'à mi-parcours a déjà mené à 4 publications et une 5ème en très bonne voie dans des journaux internationaux, à comité de lecture, et très réputés dans le domaine.

Résumé de soumission

Simultanément à leur transcription, les ARNm sont engagés dans les diverses étapes de maturation qui permettent la formation de mRNPs matures voués à l’export vers le cytoplasme. Ces réactions cotranscriptionnelles sont étroitement coordonnées selon des mécanismes encore peu élucidés. L’ubiquitination, en régulant d’une part la dégradation protéique mais aussi les interactions protéine/protéine, apparait comme un excellent candidat pour contrôler la dynamique des échaffaudages supramoléculaires responsables de couplages fonctionnels. Le but majeur de ce projet est donc de disséquer le rôle des modifications par l’ubiquitine dans le contrôle spatiotemporel de l’expression des gènes, en particulier lors de la coordination des différentes étapes de la biogenèse des ARNm, des réparations de dommage à l’ADN et des fonctions du pore nucléaire.
Nous proposons de concentrer nos efforts sur quatre objectifs majeurs. L’étude du rôle de l’ubiquitine dans le couplage entre la maturation en 3’ des ARNm et leur export nucléaire, est basée sur des résultats antérieurs obtenus lors de notre précédent projet financé par l’ANR. Nous avons en effet identifié le récepteur d’export des ARNm,Mex67, et certains de ses adaptateurs comme des protéines ubiquitinées ou présentant des domaines de liaison à l’ubiquitine (UBA) et avons proposé que les interactions UBA/ubiquitine contrôleraient des étapes de remodelage essentielles au relargage, au contrôle qualité et à l’export des mRNPs matures. Nous proposons maintenant d’identifier les facteurs ubiquitinés et les protéines effectrices qui transduieraient ce signal ubiquitine dans le couplage entre la maturation en 3’ et l’export nucléaire des mRNPs.
Notre second objectif est de déterminer le rôle précis de l’ubiquitine dans le couplage de la maturation en 3’ des ARNm avec des évènements transcriptionnels plus précoces. Nous concentrerons notre attention sur deux partenaires de UBA-Mex67 : Swd2, membre des complexes COMPASS de méthylation de H3K4 et holo-CPF (clivage et polyadenylation), et Ioc2 associé à l‘ATPase Isw1 au sein d’un complexe de remodelage de la chromatine agissant en coordination avec COMPASS. Nous proposons de déterminer comment la modification de ces protéines par l’ubiquitine contrôle leur action coordonnée sur l’expression des gènes, au travers de la transcription d’ARN sens et anti-sens.
Le but du troisième projet est d’étendre le rôle de l’ubiquitine sur la coordination entre synthèse des mRNPs et dommages et réparation de l’ADN dépendant de la transcription. En particulier, nos résultats préliminaires indiquent que des coupures ADN double brin sont induites par l’absence d’ubiquitination de Swd2. Nous proposons de caractériser plus avant ces dommages à l’ADN et de tester s’ils sont corrélés à des défauts de réplication dérivés d’évènements co- ou post-transcriptionnels.
Enfin, nous avons récemment analysé le profil d’ubiquitination du pore nucléaire (NPC), la première analyse systématique de modifications post-traductionnelles du NPC. A notre grande surprise, la moitié des nucléoporines sont modifiées, principalement par mono-ubiquitination. Nous proposons de déterminer comment l’ubiquitination du NPC contrôle ses diverses fonctions, dans le transport nucléocytoplasmique, mais aussi dans l’adressage des gènes aux NPC et dans l’ancrage des télomères érodés.
Ce projet sera mené dans le cadre d’une collaboration entre les équipes de C. Dargemont et V. Géli dont les expertises dans les domaines de la transcription, de l’ubiquitine et de l’export des ARNm sont complémentaires. Ces équipes ont d’ores et déjà développé les approches méthodologiques et les outils biologiquesnécessaires et ont obtenu des résultats préliminaires qui garantissent le succès de ce projet. Une combinaison d’approches multiéchelle, du gène et des structures moléculaires à la génomique devrait nous amener à une meilleure compréhension de ces mécanismes de couplage et de synchronisation.

Coordination du projet

CATHERINE DARGEMONT (CENTRE NATIONAL DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE - DELEGATION REGIONALE ILE-DE-FRANCE SECTEUR PARIS B) – catherine.dargemont@inserm.fr

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

CNRS CENTRE NATIONAL DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE - DELEGATION REGIONALE ILE-DE-FRANCE SECTEUR PARIS B
CNRS DR12-IGC CENTRE NATIONAL DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE - DELEGATION REGIONALE PROVENCE

Aide de l'ANR 500 000 euros
Début et durée du projet scientifique : - 36 Mois

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