Functionnal studies of the Tdrd12-Exd1 complex in the piRNA pathway

par Zhaolin Yang

Thèse de doctorat en Biochimie et biologie moléculaire

Sous la direction de Ramesh Pillai.

Soutenue le 09-12-2014

à Grenoble , dans le cadre de École doctorale chimie et science du vivant (Grenoble) , en partenariat avec European Molecular Biology Laboratory. Grenoble (laboratoire) .

Le président du jury était Winfried Weissenhorn.

Le jury était composé de André Verdel, Donal O' Carroll.

Les rapporteurs étaient Alena Shkumatava, Jérôme Cavaillé.

  • Titre traduit

    Etudes fonctionnelles du complexe Tdrd12-Exd1 dans la voie piRNA


  • Résumé

    Les piARN (Piwi-interacting RNAs) sont des petits ARN spécifiques des cellules germinales qui fonctionnent en tant que gardiens de l'intégrité du génome. La biogenèse des piARN est relativement mal comprise comparée à celle des miARN et des siARN. Des études approfondies conduites chez la souris et la drosophile ont conduits à la proposition de deux modèles de biogenèse des piARN: la voie primaire et la voie secondaire. Un grand nombre de facteurs protéiques ont été identifiés pour être impliqués dans ces deux voies. Dans cette thèse, nous nous concentrons sur les études fonctionnelles de deux facteurs protéiques nouvellement identifiés, Tdrd12 et Exd1, dans les voies piARN. Les protéines à domaine « Tudor » constituent la plus grande famille de protéines impliquées dans la voie des piARN. Au cours de cette étude, nous avons identifié une nouvelle protéine contenant un domaine « Tudor », Tdrd12, qui est essentielle pour la biogenèse secondaire des piARN chez la souris. Tdrd12 interagit avec MILI et Tdrd1 pour former un complexe. La perte de fonction de Tdrd12 provoque une stérilité spécifique des mâle et conduit à l'activation des transposons, en raison de l'altération de la production de piARN chez la souris. MIWI2 dépourvue de piARN est ensuite délocalisée du noyau vers le cytoplasme, ce qui induit une réduction de la méthylation de l'ADN.Dans l'étude de la fonction moléculaire de Tdrd12 dans la lignée cellulaire BmN4 qui est dérivée des ovaires de Bomby mori (ver à soie), nous avons identifié un facteur associé à Tdrd12 contenant un domaine exonucléase, Exd1 (Exonulcease domain-containing 1), comme un nouveau facteur dans la voie piRNA. Tdrd12 interagit avec Exd1 et Siwi via son domaine hélicase à ARN et le 2ème domaine « Tudor » respectivement. Exd1 forme un homodimère via son hélice C-terminale. Les expériences biochimiques ont révélées que Exd1 est une nucléase inactive et qu'elle possède une activité de liaison de l'ARN. Fait intéressant, Exd1 est un gène qui a évolué rapidement avec des longueurs différentes de la partie C-terminale dans différentes espèces. En particulier, l'orthologue de Exd1 chez Drosophilid est dépourvu du domaine LSM dans son l'extrémité N-terminale, ce qui aboli son interaction avec Tdrd12. L'inactivation du gène CG11263 chez la mouche n'a pas d'effet sur l'expression du transposon et la fertilité. L'étude génétique chez la souris serait utile pour révéler le rôle biologique de Exd1 dans la voie des piARN.


  • Résumé

    Piwi-interacting RNAs (piRNAs) are germline specific small RNAs that function as guardians of genomic integrity. piRNA biogenesis is poorly understood relative to miRNA and siRNA biogenesis. Extensive studies of piRNA pathway in mice and Drosophila have led to the proposal of two piRNA biogenesis models: primary and secondary piRNA biogenesis pathways. A large number of protein factors have been identified to be involved in the piRNA pathways. In this thesis study, we focus on the functional studies of two newly identified protein factors, Tdrd12 and Exd1, in the piRNA pathways. Tudor domain containing proteins constitute the largest protein family in the piRNA pathway. Here we found a new Tudor domain protein, Tdrd12, which is essential for secondary piRNA biogenesis in mice. Tdrd12 interacts with MILI and Tdrd1 to form a complex. Loss-of-function of Tdrd12 leads to the male specific sterility and transposon activation, due to the impaired piRNA production in mice. MIWI2 depleted of piRNAs is mislocalized in the cytoplasm from the nucleus, and results in the reduced DNA methylation.In the molecular function study of Tdrd12 in Bomby mori (silkworm) ovary derived cell line-BmN4, we identified Tdrd12 associated factor, Exonulcease domain-containing 1 (Exd1), as a new factor in the piRNA pathway. Tdrd12 interacts with Exd1 and Siwi via its RNA helicase domain and 2nd Tudor domain respectively. Exd1 form homodimer via its C-terminal helix. Biochemical assay revealed that Exd1 is an inactive nuclease and possess RNA binding activity. Interestingly, Exd1 is a fast evolving gene with various C-term lengths from different species. Particularly, Exd1 ortholog in Drosophilid lacks Lsm domain at the N-termini, which abolish its interaction with Tdrd12. Disruption of CG11263 gene in flies has no effect on transposon expression and fertility. Genetic study in mice would be helpful to reveal the biological role of Exd1 in piRNA pathway.


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