Institut 1 :
Nom : Institut de biologie moléculaire des plantes (IBMP)
Equipe : Mécanismes de biogenèse et d’action des petits ARN
Chef d’équipe : Todd BLEVINS
Email : todd.blevins@ibmp-cnrs.unistra.fr
Institut 2 :
Nom : Institut de génétique, biologie moléculaire et cellulaire (IGBMC)
Equipe : Régulation de la transcription
Chef d’équipe : Albert WEIXLBAUMER
Courriel : albert.weixlbaumer@igbmc.fr
Directeurs de thèse : Todd BLEVINS & Albert WEIXLBAUMER
Courriels : todd.blevins@ibmp-cnrs.unistra.fr & albert.weixlbaumer@igbmc.fr
Les eucaryotes utilisent l’ARN polymérase II (Pol II) pour synthétiser des ARNm à partir des gènes, permettant leur traduction en protéines pour les fonctions cellulaires. Cependant, les génomes contiennent également des éléments transposables (ET) qui peuvent provoquer des mutations lorsqu’ils sont activés. Les animaux équilibrent le besoin de transcription des gènes par Pol II avec le risque de mobilité délétère des ET en synthétisant de petits ARN (piARN) qui ciblent et font taire les ET. Chez les plantes, une enzyme spécialisée, l’ARN polymérase IV (Pol IV), transcrit les ET pour produire de petits ARN interférents (siARN) qui guident la méthylation de l’ADN pour réprimer les ET (Ferrafiat et al. 2019 ; Rymen et al. 2020). Pol IV a évolué pour interagir spécifiquement avec les protéines CLSY de type SNF2 plutôt qu’avec les facteurs de transcription généraux (Felgines et al. 2024), soutenant ses rôles dans le silençage des ET, la reproduction et la tolérance aux agents pathogènes. Malgré ces découvertes récentes, la manière dont les CLSY facilitent la transcription de Pol IV à des loci spécifiques reste mystérieuse. Ce projet vise à déterminer comment les caractéristiques structurelles de Pol IV et de ses facteurs de recrutement CLSY permettent la transcription d’ARN non codant dans la chromatine silencieuse. En utilisant la plante modèle Nicotiana benthamiana, l’étudiant devra : (1) caractériser les complexes CLSY-Pol IV par génétique fonctionnelle et complémentation (CRISPR/Cas9, génomique) ; (2) analyser les sous-unités Pol IV d’origines parentales distinctes dans l’allotétraploïde N. benthamiana (phylogénétique, IP-MS) ; et (3) purifier les complexes Pol IV liés aux nucléosomes pour obtenir des structures haute résolution de son nouveau mécanisme de recrutement (cryo-EM). Ce projet générera des connaissances de base sur la structure et la fonction des ARN polymérases végétales, fournira une compréhension plus approfondie de la régulation épigénétique et pourrait aider les sélectionneurs à concevoir des traits souhaitables liés à la fonction Pol IV, tels qu’un rendement reproductif amélioré et une tolérance à l’infection virale.
Mots-clés : structure-fonction de l’ARN polymérase, immunoprécipitation-spectrométrie de masse (IP-MS), ARN non codant, petits ARN, éléments transposables, épigénétique
Publications pertinentes :
- Felgines L, Rymen B, Martins LM, et al. Blevins T (2024 sous presse). L’amarrage de CLSY à Pol IV nécessite un domaine conservé essentiel à la biogenèse des petits ARN et au silençage des transposons. Nat Commun. 10.1038/s41467-024-54268-0 / bioRxiv (10.1101/2023.12.26.573199v1)
- Rymen B, Ferrafiat L, Blevins T (2020). ARN polymérases non codantes qui font taire les éléments transposables et reprogramment l’expression des gènes chez les plantes. Transcription 11(3-4) : 172-191. (10.1080/21541264.2020.1825906)
- Ferrafiat L, Pflieger D, Singh J, et al., Blevins T (2019). Le N-terminus de NRPD1 contient un motif spécifique de Pol IV qui est essentiel à la surveillance du génome chez Arabidopsis. Nucleic Acids Res. 47(17) : 9037-9052. (10.1093/nar/gkz618)
- Dey S, Batisse C, Shukla J, et al., Weixlbaumer A (2022). Aperçus structurels de la régulation de la transcription médiée par l’ARN chez les bactéries. Mol Cell 82(20) : 3885-3900.e10. (10.1016/j.molcel.2022.09.020).
- Zhu C, Guo X, Dumas P, et al., Weixlbaumer A (2022). Les facteurs de transcription modulent l’équilibre conformationnel de l’ARN polymérase. Nat Commun. 13(1): 1546. (10.1038/s41467-022-29148-0).
- Abdelkareem M, Saint-André C, Takacs M, et al., Weixlbaumer A (2019). Bases structurelles de la transcription : le suivi rétrospectif de l’ARN polymérase et sa réactivation. Mol Cell 75(2): 298-309.e4. (10.1016/j.molcel.2019.04.029).
Le soutien financier de ce sujet est attribué par l’IMCBio Graduate School en fonction du mérite du candidat.
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