CE12 - Génétique, génomique et ARN

Evolution de la régulation d'expression génique – VORTEX

Résumé de soumission

La régulation de l’expression génique en fonction de l’environnement, une propriété aussi appelée plasticité d’expression, est fondamentale pour l’adaptation des êtres vivants dans un monde en perpétuel changement. Bien que de nombreux mécanismes moléculaires impliqués dans la régulation d’expression aient été découverts pour plusieurs espèces et environnements, l’évolution de ces régulations reste mal comprise. Ce projet a pour but de déterminer comment l’évolution de la plasticité d’expression génique dépend d’une part des contraintes mutationnelles – « Que peut-il arriver ? », et d’autre part de l’impact de la plasticité sur la valeur adaptative – « Qui peut survivre ? ». Je propose de m’attaquer à ces questions fondamentales à l’échelle génomique en combinant des approches expérimentales et bio-informatiques novatrices, appliquées à un organisme modèle puissant : la levure Saccharomyces cerevisiae.

L’impact des mutations aléatoires sur la réponse des organismes face aux changements d’environnement est un déterminant majeur de l’évolution et de la santé, mais cet impact a été très rarement caractérisé jusqu’à présent. En particulier, l’influence des mutations sur l’évolution de la régulation d’expression génique est largement inconnue. Pour combler cette lacune, nous profilerons le transcriptome de centaines de clones de levure porteurs de mutations aléatoires en condition normale et en condition de stress. Ceci révèlera pour chaque gène le potentiel mutationnel de la plasticité d’expression, c’est-à-dire à quelle fréquence et dans quelle direction les mutations modifient la plasticité d’expression. A partir de ces données, nous chercherons quelles propriétés connues d’un gène rendent sa plasticité d’expression plus ou moins sensible aux mutations. En comparant les effets des mutations aléatoires avec la variation naturelle de plasticité d’expression observées parmi des isolats sauvages de S. cerevisiae, nous déterminerons si l’évolution de la régulation transcriptionnelle est influencée par le potentiel mutationnel dans la nature.

Pour comprendre comment la sélection agit sur l’évolution de la régulation d’expression, nous mesurerons la valeur adaptative (le taux de prolifération) des souches mutantes en environnements constants et en environnement fluctuant. L’association statistique entre taux de prolifération et plasticité d’expression indiquera 1) quels gènes sont susceptibles de contribuer à l’adaptation à un stress fluctuant et 2) si la sélection agit plus fortement en environnement fluctuant qu’en environnements constants.

Pour démontrer la relation de cause à effet entre plasticité d’expression et valeur adaptative, nous forcerons artificiellement la dynamique temporelle d’expression de certains gènes et mesurerons comment cela affecte le taux de prolifération de cellules exposées à un stress périodique. Le taux de prolifération sera mesuré pour divers profils de plasticité d’expression, ce qui fournira une description détaillée des coûts et bénéfices de la plasticité d’expression en environnement fluctuant. Enfin, une approche de vidéo-microscopie de cellules cultivées en puces microfluidiques permettra de comprendre comment la dynamique d’expression génique contrôle la prolifération cellulaire.

Ces travaux apporteront des innovations technologiques, mécanistiques et technologiques. En révélant des principes fondamentaux d’adaptation d’un système biologique simple confronté à des conditions environnementales dynamiques, ce projet aura un large impact non seulement pour la biologie évolutive, mais également pour la recherche biomédicale.

Coordination du projet

Fabien Duveau (LABORATOIRE DE BIOLOGIE ET MODELISATION DE LA CELLULE)

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 LBMC LABORATOIRE DE BIOLOGIE ET MODELISATION DE LA CELLULE

Aide de l'ANR 293 132 euros
Début et durée du projet scientifique : février 2021 - 48 Mois

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