L'épitranscriptome du ribosome et son impact sur la traduction chez Arabidopsis thaliana // Epitranscriptomic of the ribosome and its impact on translation activity in Arabidopsis thaliana

Pour grandir (croitre) et se développer, tous les organismes eucaryotes doivent synthétiser des protéines spécifiques à des moments précis et dans des cellules particulières. Chez les plantes, des organismes sessiles, la régulation de la synthèse et de l'activité des protéines constitue l'une des principales stratégies leur permettant de répondre aux changements des conditions environnementales. Dans des conditions défavorables, de nombreuses protéines ayant des rôles catalytiques, structurels et/ou fonctionnels sont souvent altérées. Par conséquent, les plantes doivent reprogrammer l'expression des gènes afin d'augmenter ou d'induire la synthèse de protéines spécifiques pour protéger et/ou maintenir les fonctions cellulaires essentielles. La synthèse de protéines se déroule dans les ribosomes. Comprendre comment les ribosomes sont affectés ou régulés présente un intérêt majeur pour la sélection et/ou l'amélioration des plantes cultivées, afin de leur permettre de mieux faire face aux contraintes environnementales et au changement climatique.

Au cœur de la synthèse et du fonctionnement des ribosomes se trouve l'ARN ribosomique (ARNr). Les ARNr sont produits par deux ARN polymérases : l'ARN Pol I, qui synthétise les ARNr 18S, 5,8S et 25S, et l'ARN Pol III, qui produit l'ARNr 5S. Les ARNr 25S, 5,8S et 5S forment la grande sous-unité ribosomique 60S, qui agit comme un ribozyme et catalyse la formation des liaisons peptidiques lors de la synthèse des protéines. L'ARNr 18S forme la petite sous-unité ribosomique 40S, qui contient le centre de décodage. Il est important de noter que, dans toutes les cellules eucaryotes, les ARNr subissent des modifications nucléotidiques telles que la méthylation. Ces modifications des ARNr sont nécessaires à la stabilité de la structure du ribosome ainsi qu'à la fidélité et à l'ajustement de la traduction. La méthylation des ARNr est aussi essentielle pour la croissance et le développement cellulaire, mais aussi pour la réponse des organismes aux conditions environnementales.

Parmi les méthylations des ARNr, on trouve des modifications spécifiques de type 2′-O-Me. Ces modifications se produisent durant la transcription et sont guidées par de petits ARN nucléolaires à boîte C/D (snoARN), qui s'associent à des protéines spécifiques pour former des complexes ribonucléoprotéiques nucléolaires (snoRNP) capables de catalyser la méthylation à des sites spécifiques (Nm). Nous avons cartographié tous les sites Nm des ARNr chez la plante A. thaliana. Cette analyse a permis de détecter des sites Nm conservés (chez la levure et/ou les mammifères) ainsi que des sites spécifiques aux plantes. Notamment, quelques Nm sont dits « orphelins » car ils ne possèdent pas de snoARN guide correspondant. Cela suggère que ces sites Nm orphelins sont méthylés par une enzyme spécifique ou par des mécanismes de méthylation encore inconnus. Nous avons également montré l'existence de sites Nm différentiellement méthylés chez des mutants de plantes dépourvus de la protéine NUC1, requise pour la biogenèse des ribosomes, ainsi que durant le développement des plantules. L'ensemble de ces observations suggèrent que la 2′-O-Me des ARNr pourrait, dans certaines conditions, générer des « ribosomes spécialisés ».

Le travail de thèse proposé vise à caractériser les mécanismes contrôlant la 2′-O-Me, ainsi que la coordination entre différentes modifications des ARNr (par exemple m5C, m6,6A, pseudouridylation), à la fois dans des conditions normales de croissance et de développement des plantes et en réponse à des stress abiotiques. L'activité RMTase (RNA Methyl Transferase) nécessaire à la 2′-O-Me des sites orphelins sera également étudiée. Au cours de ce stage, l'étudiant(e) réalisera des expériences classiques de génétique, de biochimie, de biologie moléculaire et de microscopie confocale. Il ou elle effectuera également des analyses de séquences d'ARN, de protéines et de modifications épitranscriptiomiques.
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To grow and develop, all eukaryotic organisms require the synthesis of specific proteins at precise times and in particular cells. For plants, which are sessile organisms, the regulation of protein synthesis and activity is really one of the main strategies they use to respond to changing environmental conditions. Under unfavourable conditions, many proteins with catalytic, structural, and/or functional roles are often altered. Consequently, plants must reprogramme gene expression to increase or induce specific proteins synthesis to protect and/or maintain essential cellular functions. Protein production occurs within “very large molecular machines” known as ribosomes. Understanding how ribosomes are affected/regulated during plant growth and development, and under stress conditions, is of major interest in terms of selecting and/or improving cultivated plants, enabling them to cope better with environmental constraints and climate change.

At the heart of ribosome synthesis and function lies ribosomal RNA (rRNA). rRNAs that are produced by two specialized enzymes: RNA Pol I, which synthesizes the 18S, 5.8S, and 25S rRNAs, and RNA Pol III, which produces the 5S rRNA. The 25S, 5.8S, and 5S rRNAs form the large ribosomal subunit (LSU, 60S), which acts as a ribozyme and catalyses the formation of peptide bonds during protein synthesis. In contrast, the 18S rRNA forms the small ribosomal subunit (SSU, 40S), which contains the decoding centre responsible for translating genetic information into proteins. Notably, in all eukaryotic cells, rRNAs are subject to nucleotide modifications such as methylation. These rRNA modifications are necessary for the stability of the ribosome structure as well as for translation fidelity and tuning. rRNA methylation is finally crucial for cell growth and development but also for the response of organisms to external signals or environmental conditions.

Among rRNA methylations there are site-specific 2′-O-Me at defined positions (Nm). These modifications occur during Pol I transcription and are guided by C/D-box small nucleolar RNAs (snoRNAs), which associate with specific proteins to form small nucleolar ribonucleoprotein (snoRNP) complexes that catalyse Nm. We have mapped all rRNA Nm sites in A. thaliana plants. This analysis detected conserved (in yeast and/or mammals) and plants specific Nm sites1. Notably, a few Nm are orphans as they do not have a matching C/D-box snoRNA guide. This suggest that orphans Nm sites are methylated by still uncharacterized site specific stand-alone enzyme or methylation mechanisms 2. We have also shown differentially methylated Nm sites in plant mutants lacking the protein NUC1, which is required for ribosome biogenesis 2-4, and during seedling establishment. All these observations suggest that 2′-O-Me of rRNAs, might, in some specific conditions, generate specific “specialised ribosomes”.

This PhD thesis aims to characterise the mechanisms controlling 2'-O-Me, as well as the coordination between different rRNA modifications (i.e. m5C, m6,6A, pseudourydilation) both under standard plant growth and development conditions and in response to abiotic stresses. The RMTase (RNA Methyl Transferase) activity required for 2'-O-Me of orphan sites will also be investigated. During the internship, the student will carry out classic genetic, biochemical, molecular biology and confocal microscopy experiments. She, he will also perform RNA and protein sequences analysis.

1. Neumann, S.A. et al. RNA Biol 21, 70-81 (2024).
2. Azevedo-Favory, J. et al. RNA Biology 18, 1760-1777 (2021).
3. Pontvianne, F. et al. PLoS Genetics 6, e1001225 (2010).
4. Pontvianne, F. et al. Molecular Biology of the Cell 18, 369-79 (2007).
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Début de la thèse : 01/10/2026
WEB : https://lgdp.univ-perp.fr/recherche/equipe-nucleole-developpement-et-reponse-aux-stress

Public funding alone (i.e. government, region, European, international organization research grant)

Concours pour un contrat doctoral

Université de Perpignan Via Domitia

305 Energie et Environnement

Le candidat doit avoir un diplôme master 2 ou équivalent. Il est demandé des connaissances en biologie moléculaire et des compétences en technique de manipulation des acides nucléiques et des protéines. Langue : Anglais ou Français.
The candidate must have a master degree 2 or equivalent. It is required knowledge in molecular biology and skills in nucleic acid and protein manipulation techniques. Language: English or French.