Description

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.

Compétences requises

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.

Bibliographie

Azevedo-Favory J, Gaspin C, Ayadi L, Montacie C, Marchand V, Jobet E, Rompais M, Carapito C, Motorin Y, Saez-Vasquez J. 2021. Mapping rRNA 2'-O-methylations and identification of C/D snoRNAs in Arabidopsis thaliana plants. RNA Biology 18: 1760-1777.

Darriere T, Jobet E, Zavala D, Escande ML, Durut N, de Bures A, Blanco-Herrera F, Vidal EA, Rompais M, Carapito C et al. 2022. Upon heat stress processing of ribosomal RNA precursors into mature rRNAs is compromised after cleavage at primary P site in Arabidopsis thaliana. RNA Biol 19: 719-734.

Delorme-Hinoux V, Mbodj A, Brando S, De Bures A, Llauro C, Covato F, Garrigue J, Guisset C, Borrut J, Mirouze M et al. 2023. 45S rDNA Diversity In Natura as One Step towards Ribosomal Heterogeneity in Arabidopsis thaliana. Plants (Basel) 12.
Montacie C, Riondet C, Wei L, Darriere T, Weiss A, Pontvianne F, Escande ML, de Bures A, Jobet E, Barbarossa A et al. 2023. NICOTIANAMINE SYNTHASE activity affects nucleolar iron accumulation and impacts rDNA silencing and RNA methylation in Arabidopsis. J Exp Bot 74: 4384-4400.

Munoz-Diaz E, Fuenzalida-Valdivia I, Darriere T, de Bures A, Blanco-Herrera F, Rompais M, Carapito C, Saez-Vasquez J. 2024. Proteomic profiling of Arabidopsis nuclei reveals distinct protein accumulation kinetics upon heat stress. Sci Rep 14: 18914.
Neumann SA, Gaspin C, Saez-Vasquez J. 2024. Plant ribosomes as a score to fathom the melody of 2'-O-methylation across evolution. RNA Biol 21: 70-81.

Sáez-Vásquez J, Delseny M. 2019. Ribosome Biogenesis in Plants: from Functional 45S Ribosomal DNA Organization to Ribosome Assembly Factors. The Plant Cell 31: 1945–1967.

Mots clés

Ribosome, ARN, méthylation, snoRNA, traduction, développement