Etude sur le rôle de la terminaison de la transcription non codante dans la régulation de l'expression des gènes

par Nouhou el moctar Haidara

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

Sous la direction de Odil Porrua fuerte.

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 01-01-2017 .


  • Résumé

    La transcription cachée est un phénomène répandu aussi bien chez les eucaryotes que les procaryotes. Elle se caractérise par une production massive d'ARNs non-codants depuis des régions non-annotées du génome. Ce phénomène est potentiellement dangereux pour la cellule, car il peut interférer avec l'expression normale des gènes. Chez Saccharomyces cerevisiae, un des acteurs majeurs dans le contrôle de la transcription cachée est le complexe Nrd1-Nab3-Sen1 (NNS) qui induit la terminaison précoce de la transcription non-codante et favorise la dégradation des ARNs générés par l'exosome nucléaire. Le complexe NNS se compose de trois protéines essentielles: les facteurs de liaison à l'ARN Nrd1 et Nab3, qui reconnaissent des motifs spécifiques dans les ARNs cibles, et l'hélicase Sen1, qui dissocie le complexe d'élongation de façon dépendante de l'hydrolyse de l'ATP. En plus de son rôle général dans la protection du génome face à la transcription cachée, le complexe NNS peut aussi agir dans la régulation de l'expression génique. Soit directement, en induisant la terminaison prématurée de la transcription de gènes codants des protéines ; soit indirectement, par une action sur des ARNs non-codants dont la transcription peut réguler l'expression d'un gène voisin. La transcription non-codante qui potentiellement ou “de facto” affecte l'expression d'un autre gène se localise soit en amont soit en antisens dudit gène. Dans les deux cas, la transcription non-codante qui envahit le promoteur du gène en aval ou en antisens génère la répression de l'expression de ce gène par l'établissement de modifications répressives de la chromatine et/ou par un remodelage de la chromatine empêchant l'association d'activateurs. Des études réalisées à l'échelle du génome ont permis d'identifier environ 1300 ARNs non-codants dépendants du complexe NNS dont la localisation suggère un éventuel rôle répresseur. De plus, dans la majorité de ces cas, la déplétion de Nrd1 induit effectivement la dérégulation des gènes voisins, ce qui est en accord avec la notion que la terminaison de la transcription non-codante est un paramètre potentiellement pertinent pour la régulation de l'expression génique. Jusqu'à présent, la terminaison de la transcription par le complexe NNS a toujours été considérée comme un processus constitutif. En outre, la plupart des travaux précédents ayant exploré la possible fonction régulatrice de la transcription non-codante se sont limités à l'étude de la régulation de l'expression des ARNs non-codants au niveau de l'initiation de la transcription ou de la stabilité de l'ARN, mais il n'existe encore aucune étude situant l'étape de terminaison de la transcription au centre de la régulation. L'objectif de ce projet est d'explorer l'existence possible de mécanismes de régulation de l'expression génique qui agissent en modulant l'efficacité de terminaison de la transcription par le complexe NNS en réponse aux changements de l'environnement. Etant donné que l'hélicase Sen1 est le facteur clé dans la terminaison dépendante de la voie NNS, l'hypothèse de travail est que la plupart de la régulation s'exercerait au niveau de Sen1, soit sur son recrutement au niveau de ses cibles soit sur son activité enzymatique. Ce projet inclut un ensemble d'approches moléculaires et d'analyses à l'échelle du génome qui cherchent à: i) caractériser les mécanismes de contrôle de l'activité de Sen1 par des interactions intramoléculaires et/ou intermoléculaires et par des modifications post-traductionelles; ii) comprendre comment ces différents mécanismes peuvent moduler l'efficacité de la terminaison et par conséquent l'expression génique ; iii) identifier des conditions physiologiques dans lesquelles la terminaison de transcription non-codante est affectée de façon telle qu'elle conduit à une différence d'expression de certains gènes; et iv) explorer le possible lien entre ce phénomène et l'activité de Sen1 et identifier les facteurs et les mécanismes impliqués.

  • Titre traduit

    Analysis of the role of non-coding transcription termination in regulation of gene expression


  • Résumé

    Pervasive transcription is a widespread phenomenon both in prokaryotes and in eukaryotes that consists in the massive production of RNAs from unannotated regions of the genome. Pervasive transcription poses a risk that needs to be controlled since it can interfere with normal transcription of canonical genes. In Saccharomyces cerevisiae, a major actor in the control of pervasive transcription is the Nrd1-Nab3-Sen1 (NNS) complex, which elicits early termination of non-coding transcription and promotes degradation of the RNAs produced by the nuclear exosome. The NNS-complex is composed of three essential proteins: the RNA-binding proteins Nrd1 and Nab3 and the conserved RNA and DNA helicase Sen1. Nrd1 and Nab3 provide specificity to the complex by recognizing specific motifs at the target ncRNAs while Sen1 triggers dissociation of the elongation complex in an ATP-dependent manner. Besides its general role in protecting the genome against pervasive transcription, termination by the NNS-complex can play a role in modulation of gene expression, either directly, by eliciting premature termination of transcription of protein-coding genes, or indirectly, by determining the extent of noncoding transcription events that may impact the expression of an associated gene in a regulated manner. Non-coding RNAs whose transcription potentially or “de facto” affects the expression of an associated gene normally are either transcribed upstream of a tandem gene or antisense to the cognate gene. In both cases, non-coding transcription that progresses through the promoter region of the downstream or antisense gene induces repression by mechanisms that involve the deposition of repressive chromatin modifications at the promoter and/or chromatin remodelling that prevents the association of activator proteins. Genome-wide studies have revealed more than 1300 ncRNAs that depend on the NNS-complex and that are in one of the two configurations that is suggestive of a possible repressor role. Importantly, in many of these cases depletion of the Nrd1 component of the NNS-complex actually provokes misregulation of the cognate genes, supporting the idea that the efficiency of ncRNA transcription termination is a potentially relevant parameter in regulating gene expression. Thus far, NNSdependent transcription termination has been considered rather as a “constitutive” process that protects the coding transcriptome from pervasive transcription and keeps the expression of attenuated genes low. In addition, previous works on regulatory non-coding transcription have focused on the regulation of expression of the ncRNA at the level of transcription initiation or RNA stability but to date there is no systematic study considering the step of transcription termination as the target for regulation. The goal of this project is to explore the possibility that regulation of the expression of a subset of genes in response to environmental changes is mediated by modulation of the efficiency of NNS-dependent transcription termination. Because the helicase Sen1 is the key player in transcription termination by the NNS pathway, the working hypothesis is that most regulatory events act at the level of Sen1 function, either by modulating its recruitment to the elongation complex or by directly affecting its enzymatic activity. This project includes a combination of molecular approaches and genome-wide studies to: i) characterize the mechanisms of control of Sen1 activity by both intra-and inter-molecular interactions as well as by post-translational modifications; ii) understand how these mechanisms can impact the efficiency of transcription termination and therefore gene expression; iii) identify physiological conditions in which non-coding transcription termination is affected in a way that leads to regulation of an associated gene and iv) explore a possible molecular link between this phenomenon and Sen1 activity and identify the actors and mechanisms involved.