Transitions évolutives dans la reconnaissance du “soi” génomique: petits ARN, facteurs spécifiques de séquence et méthylation de l'ADN – LaMarque

La répression des éléments transposables (ET) est vitale pour les eucaryotes, mais les mécanismes permettant de distinguer ces parasites moléculaires (le “non-soi” génomique) des gènes cellulaires (le “soi”) restent mal compris. Le cilié Paramecium tetraurelia est un excellent modèle à cet égard: les réarrangements programmés du génome qui surviennent au cours de son développement éliminent physiquement tous les parasites moléculaires, ce qui constitue une forme radicale de répression des ET. Ce processus développemental est lié à la différenciation de deux types distincts de noyaux pour les fonctions germinales et somatiques. Le micronoyau germinal (MIC), diploïde, est transcriptionnellement silencieux et ne sert qu’à transmettre le patrimoine génétique d’une génération sexuelle à l’autre à travers la méiose. Les gènes sont exprimés à partir du macronoyau somatique hautement polyploïde (MAC, ~800n), qui n’est pas transmis à la descendance sexuelle; après la fécondation, un nouveau MAC se différencie à partir d’une copie du noyau zygotique.
Le génome germinal de P. tetraurelia contient de nombreuses insertions intragéniques d’ET de différents âges évolutifs, appelées Internal Eliminated Sequences (IES), qui doivent être précisément excisées au cours du développement du noyau somatique afin de reconstituer des gènes fonctionnels. Les insertions récentes sont reconnues par des petits ARN germinaux qui ciblent des modifications d’histones et déterminent ainsi leur élimination, mais les insertions plus anciennes, dégénérées en courtes séquences uniques, sont reconnues par d’autres mécanismes encore inconnus. Sur la base de résultats préliminaires, nous proposons de tester deux hypothèses, basées l’une sur l’adaptation des séquences d’IES vieillissantes à un jeu de protéines alternatives fixant l’ADN, et l’autre sur l’acquisition de marques de méthylation permanentes de l’adénine dans la lignée germinale.
Notre projet comporte 3 objectifs: i) tester l’hypothèse 1 en caractérisant de nouveaux facteurs protéiques qui promeuvent l’excision, ii) tester l’hypothèse 2 en caractérisant les modifications d’ADN (N6mA) dans les différents noyaux, ainsi qu’au cours de la différenciation du MAC, et iii) analyser la dynamique évolutive des séquences d’IES, et les transitions dans leurs mécanismes de reconnaissance, à travers le genre Paramecium. Notre approche expérimentale, organisée en 6 Work Packages, réunit des approches de génomique fonctionnelle, de biologie moléculaire, d’imagerie quantitative, de biochimie, ainsi que des technologies de séquençage de pointe et le développement de programmes informatiques. Pour réaliser ce projet, nous disposons d’un consortium solide de trois équipes expertes en biologie moléculaire et cellulaire de la paramécie, et d’une équipe réputée en biologie évolutive. Parmi les participants figurent également des spécialistes en bioinformatique et en analyses de séquençage à haut débit, ajoutant à la force du consortium. La diffusion des données générées par ce projet sera assurée par la base de données publique ParameciumDB, développée par l’un des partenaires et qui intègre depuis une dizaine d’années les données produites par la communauté internationale de la recherche sur Paramecium.
Au-delà de la compréhension des origines évolutives de ce remarquable système d’épissage de l’ADN, le projet LaMarque devrait fournir une vision intégrée des différents niveaux de mécanismes génétiques et épigénétiques qui, ensemble, permettent aux eucaryotes de garder une mémoire trans-générationnelle précise des insertions d’ET, en dépit de l’évolution constante de leurs séquences.