Sujet Thèse. L'épitranscriptome du ribosome et son impact sur l'activité de traduction chez Arabidopsis thaliana

Pour 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.

Au cœur de la synthèse et du fonctionnement des ribosomes se trouve les ARN ribosomiques (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 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 dits « orphelins » parce qu’ils ne possèdent pas de snoARN guide spécifiques. Cela suggère que ces sites Nm orphelins sont méthylés par un mécanisme de méthylation encore inconnu. Nous avons également montré l’existence de sites Nm différentiellement méthylés à la fois au cours du développement des plantules mais aussi chez des mutants de plantes dépourvus de la protéine NUC1, requise pour la biogenèse des ribosomes. L’ensemble de ces observations suggèrent que la 2′-O-Me des ARNr peut, 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 ou l’étudiante 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.

Références bibliographiques

Neumann, S.A. et al. RNA Biol 21, 70-81 (2024).

Azevedo-Favory, J. et al. RNA Biology 18, 1760-1777 (2021).

Pontvianne, F. et al. PLoS Genetics 6, e1001225 (2010).

Pontvianne, F. et al. Molecular Biology of the Cell 18, 369-79 (2007).

https://lgdp.univ-perp.fr/recherche/equipe-nucleole-developpement-et-reponse-aux-stress

Cette thèse s’inscrit dans la problématique générale du laboratoire « Laboratoire Génome et Développement des Plantes » et de l’équipe «Nucléole». Elle aborde, plus particulièrement l’impact de l’epitranscriptome sur l’hétérogénéité et la plasticité traductionnelle des ribosomes lors du développement de la plante et en réponse aux stress.

Contexte

Le développement de ce projet de thèse s’inscrit dans la continuité des projets ANR RiboStress and MetRibo et des thèses réalisées au sein de l’équipe « Nucléole». Les financements acquis et les résultats obtenus pendant ces travaux assurent une assise solide au développement du sujet proposé.

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.