Cartographie des modifications post-traductionnelles de cohésine et leurs rôles fonctionnels dans les processus de régulation génomique et de stabilité du génome // Mapping of Cohesin Post-Translational Modifications and Their Functional Roles in Genomic

Contexte
Le complexe cohésine joue un rôle crucial dans l'organisation et le fonctionnement du génome en interagissant dynamiquement avec l'ADN pour coordonner plusieurs processus essentiels, tels que la cohésion des chromatides sœurs, la réparation de l'ADN, la réplication et la régulation transcriptionnelle. Il est composé de diverses sous-unités protéiques, notamment Scc1, Scc3, Smc1 et Smc3, qui s'assemblent pour former une structure en anneau capable d'encercler l'ADN. Cette organisation permet, entre autres, la liaison physique des chromatides sœurs après la réplication, un processus clé pour leur séparation au cours de la mitose. Récemment, il a été démontré que cohésine peut également former des boucles d'ADN, contribuant ainsi à l'organisation tridimensionnelle de l'ADN dans le noyau cellulaire. Des mutations affectant les gènes de cohésine sont fréquemment observées dans divers cancers, où elles perturbent la cohésion des chromatides ou la régulation transcriptionnelle. Ce projet vise à élucider les mécanismes permettant à cohésine de sélectionner ses fonctions dans le temps et l'espace, une question essentielle pour mieux comprendre son rôle dans des pathologies telles que les cancers.

Objectifs
Ce projet repose sur une approche multidisciplinaire intégrant des techniques génétiques, biochimiques, protéomiques et bio-informatiques pour élucider les mécanismes de régulation fonctionnelle du complexe Cohésine, avec des analyses réalisées chez Schizosaccharomyces pombe. L'objectif est d'identifier et de caractériser les phosphorylations et partenaires protéiques spécifiques qui déterminent l'implication de Cohésine dans des fonctions distinctes.
1. Identification des phosphorylations et partenaires protéiques associés aux fonctions spécifiques de cohésine. Cohésine et ses régulateurs seront purifiés via immunoprécipitation, suivie d'une analyse par spectrométrie de masse pour identifier les sites de phosphorylation et partenaires associés.
2. Validation fonctionnelle des modifications identifiées pour établir leur rôle dans les différents processus. Les sites de phosphorylation seront mutés par mutagénèse ciblé utilsant l'outil crispr-cas9 pour générer des mutations 'non phosphorylables' et 'phospho-mimétiques'. Ces mutants seront soumis à des tests fonctionnels, incluant la résistance à des stress, la différenciation cellulaire et l'adaptation métabolique.
3. Analyse des mécanismes moléculaires par lesquels ces modifications influencent les fonctions de cohésine. Les impacts des mutations sur les interactions ADN-Cohésine (via ChIP-seq), la structure chromosomique (via Hi-C), et l'interactome protéique seront étudiés pour relier modifications et fonctions.
Cette méthodologie intégrative permettra d'établir une carte fonctionnelle des mécanismes régulant la pléiotropie fonctionnelle de Cohésine.

Retombées
Ce projet promet d'établir une carte fonctionnelle des modifications de cohésine, révélant comment elles influencent ses interactions et son activité dans différents contextes. Cela pourrait éclairer de nouvelles stratégies thérapeutiques ciblant la phosphorégulation dans les cancers. L'utilisation d'une méthodologie systématique et à grande échelle garantit des avancées significatives dans la compréhension des fonctions pléotropiques de cohésine.
Ce projet offre une opportunité unique pour un étudiant d'explorer les mécanismes fondamentaux de la biologie des chromosomes en s'appuyant sur des outils technologiques avancés.
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Context:
The cohesin complex plays a crucial role in the organization and function of the genome by dynamically interacting with DNA to coordinate several essential processes, such as sister chromatid cohesion, DNA repair, replication, and transcriptional regulation. It is composed of various protein subunits, including Scc1, Scc3, Smc1, and Smc3, which assemble to form a ring structure capable of encircling DNA. This organization allows, among other things, the physical linkage of sister chromatids after replication, a key process for their separation during mitosis. Recently, cohesin has also been shown to form DNA loops, thus contributing to the three-dimensional organization of DNA within the cell nucleus. Mutations affecting cohesin genes are frequently observed in various cancers, where they disrupt chromatid cohesion or transcriptional regulation. This project aims to elucidate the mechanisms by which cohesin selects its functions in time and space, a key question to better understand its role in pathologies such as cancers.

Objectives:
This project relies on a multidisciplinary approach integrating genetic, biochemical, proteomic, and bioinformatics techniques to elucidate the functional regulation mechanisms of the cohesin complex, with analyses conducted in Schizosaccharomyces pombe. The goal is to identify and characterize the specific phosphorylations and protein partners that determine cohesin's involvement in distinct functions.
1. Identification of phosphorylations and protein partners associated with specific cohesin functions. Cohesin and its regulators will be purified via immunoprecipitation, followed by mass spectrometry analysis to identify phosphorylation sites and associated partners.
2. Functional validation of the identified modifications to establish their role in various processes. Phosphorylation sites will be mutated using targeted mutagenesis with the CRISPR-Cas9 tool to generate non-phosphorylatable and phospho-mimetic mutants. These mutants will undergo functional tests, including resistance to stress, cellular differentiation, and metabolic adaptation.
3. Analysis of the molecular mechanisms by which these modifications influence cohesin functions. The impacts of mutations on DNA-cohesin interactions, chromosomal structure (via ChIP-seq and Hi-C), and the protein interactome will be studied to link modifications to functions.
This integrative methodology will establish a functional map of the mechanisms regulating the pleiotropy of cohesin.

Impact:
This project promises to establish a functional map of cohesin modifications, revealing how they influence its interactions and activity in different contexts. This could inform new therapeutic strategies targeting phosphoregulation in cancers. The use of a systematic, large-scale methodology guarantees significant advances in understanding the pleiotropic functions of cohesin.
This project offers a unique opportunity for a student to explore the fundamental mechanisms of chromosome biology by leveraging advanced technological tools.
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Début de la thèse : 01/10/2025

Contrat doctoral libre

Université de Bordeaux

154 Sciences de la Vie et de la Santé

Le profil recherché pour ce projet de thèse est celui d'un(e) étudiant(e) ayant des connaissances en biologie moléculaire et génétique, avec un intérêt pour la bio-informatique, si possible. L'étudiant(e) doit également avoir un goût prononcé pour le travail en équipe et la collaboration, ainsi qu'une capacité à gérer un projet scientifique de manière autonome. Une grande curiosité scientifique et une motivation pour approfondir la compréhension des mécanismes biologiques complexes sont essentielles.
The profile sought for this PhD project is that of a student with a background in molecular biology and genetics, with an interest in bioinformatics, if possible. The student should also have a strong affinity for teamwork and collaboration, as well as the ability to manage a scientific project autonomously. A great scientific curiosity and a motivation to deepen the understanding of complex biological mechanisms are essential.