Etude du rôle de la terminaison de la transcription dans le contrôle de la transcription pervasive chez la levure

par Drice Challal

Projet de thèse en Sciences de la vie et de la santé

Sous la direction de Domenico Libri.

Thèses en préparation à Paris Saclay , dans le cadre de Structure et Dynamique des Systèmes Vivants , en partenariat avec Institut Jacques Monod (laboratoire) et de Université Paris-Sud (établissement de préparation de la thèse) depuis le 01-10-2015 .


  • Résumé

    Plusieurs études menées cette dernière décennie ont révélé qu'une large fraction des ARNs cellulaires n'est associée à aucune unité de transcription canonique telles que les gènes codant les protéines, les ARNr ou les ARNt, donnant naissance au concept de transcription « pervasive » ou « cachée ». Cette transcription cachée est susceptible d'interférer avec la transcription canonique, elle constitue donc un risque pour la cellule et doit être contrôlée à la fois en prévenant l'accumulation des ARNs superflus et en limitant l'initiation et l'élongation d'événements de transcription voisins. Le contrôle de la transcription pervasive chez la levure s'exerce à trois niveaux : i) les événements d'initiation de la transcription sont limités par une structure non permissive de la chromatine, ii) la terminaison précoce de la transcription quelques centaines de nucléotides après le site d'initiation et iii) la dégradation des transcrits superflus. L'équipe de D. Libri étudie le rôle de la terminaison de la transcription et de la dégradation des ARNs dans le contrôle de la transcription pervasive, ce qui est le cadre général du projet de thèse proposé. L'équipe a récemment démontré que le facteur Reb1 peut terminer la transcription. Cet activateur transcriptionnel essentiel est requis pour le positionnement de régions dépourvues en nucléosomes (NFR) qui coincident généralement avec des promoteurs. Reb1 termine la transcription en bloquant/arrêtant la polymérase par un mécanisme de roadblock. Reb1 liant préférentiellement les régions intergéniques, il constitue un bon candidat pour fonctionner comme un “insulateur” qui empêcherait que les fuites transcriptionnelles d'un terminateur donné n'interfèrent avec la transcription d'un gène environnant. Il a été montré que ce mécanisme de secours est essentiel au moins pour quelques exemples modèles. Nous proposons d'étendre cette étude de la terminaison par roadblock à l'échelle du génome en combinant des approches de génomique computationnelle et de biologie moléculaire à grande échelle. Cette question nécessite une analyse rigoureuse des transcriptomes stable et cryptique de souches déplétées pour des facteurs de roadblock. Nous utiliserons une approche ciblée pour identifier spécifiquement les événements de terminaison par roadblock dans le génome. Dans ce but, nous exploiterons notre connaissance du mécanisme de roadblock et utiliserons une approche haut-débit relativement récente (CRAC) pour détecter la position de la polymérase avec une résolution et une sensibilité élevées. Nous étudierons l'étendue de la terminaison par roadblock, les facteurs (éventuellement nouveaux) impliqués et l'impact de ce mécanisme à l'échelle du génome. Nous étudierons également les cas possibles de régulation de l'expression des gènes par ce mécanisme. L'équipe de D. Libri a une position privilégiée pour réaliser cette étude puisque c'est elle qui a caractérisé ce mécanisme de terminaison et dispose des mutants et outils nécessaires à cette étude.

  • Titre traduit

    Analysis of the role of transcription termination in the control of pervasive transcription in yeast


  • Résumé

    Several studies in the past ten years or so have revealed that a large fraction of cellular RNAs is not associated to canonical annotated transcriptional units such as protein coding, rRNA and tRNA genes, giving rise to the concepts of “pervasive” and “hidden” transcription. Because of the disruptive effect of concurrent transcription, pervasive transcription constitutes a risk for the cell and needs to be controlled both by preventing the accumulation of unwanted RNAs and by limiting both initiation and elongation of “promiscuous” transcription events. The control of pervasive transcription in yeast is essentially exerted at three levels: i) limiting transcription initiation events by the non-permissive structure of chromatin; ii) early termination of transcription within a few hundred bases from the initiation site and iii) the degradation of the unwanted/unnecessary transcripts. The Libri team studies the roles of termination and RNA degradation in the control of pervasive transcription, and this is the general framework of the PhD work proposed. The laboratory has recently demonstrated that the factor Reb1 can terminate transcription. This protein is an essential DNA-binding transcriptional activator that is required for the correct positioning of nucleosome free regions (NFR), generally coinciding with yeast promoter regions. It has been shown that Reb1 terminates transcription by preventing further progression of the polymerase via a roadblock mechanism. Because of its preferential binding between transcription units, Reb1 is a good candidate for functioning as a transcriptional insulator preventing transcription readthrough at one given terminator to interfere with transcription of the neighbouring gene. Such a “fail-safe” mechanism has been shown to be essential, at least for a few model cases. We propose to extend the study of roadblock termination to a genomewide perspective using a combination of computational genomics and large scale molecular biology approaches. Answers to these questions require a thorough analysis of the effects on the stable and cryptic transcriptome of mutants or strains depleted for roadblock factors. We will undertake a targeted approach to identify specifically the occurrence of roadblock termination in the genome. To this end we will exploit our knowledge of the roadblock mechanism of termination and will use relatively novel genomewide approaches (CRAC) allowing the detection of RNAPII position with high resolution and sensitivity. We will investigate the extent of roadblock termination, the factors (possibly novel) involved, the genomewide impact of the mechanism. We will also investigate the possible cases of genes expression regulation by this mechanism. The team is in the unique position of having first characterized the mechanisms, and all the mutants and tools are available for targeted genomewide analyses.