Etude des fonctions régulatrices des longs ARN non-codants dans la réponse aux contraintes environnementales chez Phaeodactylum tricornutum

par Florent Charton

Projet de thèse en Biologie moléculaire et cellulaire

Sous la direction de Maria Helena Cruz de carvalho.

Thèses en préparation à l'Université Paris sciences et lettres , dans le cadre de École doctorale Structure et Dynamique des Systèmes Vivants , en partenariat avec Institut de Biologie de l'École Normale Supérieure (laboratoire) , Génomique des Plantes et Diatomées (equipe de recherche) et de Ecole normale supérieure (établissement opérateur d'inscription) depuis le 01-09-2019 .


  • Résumé

    L'idée traditionnelle que les protéines sont la seule unité régulatrice des génomes a été remise en question depuis l'identification des micro-ARN. Plus récemment, grâce au développement des technologies de séquençage à haut débit, des milliers d'unités transcriptionnelles produisant des long ARNs non codants pour des proteines (ARNnc) (>200 nucléotides) ont été découvertes. Il a été estimé que les longs ARNnc représentent 10- à 20-fois plus de transcrits que les gènes codant pour des protéines (Nagano and Fraser, 2011; Bonasio and Shiekhattar, 2014). Considérés depuis longtemps comme du bruit transcriptionnel ou des artéfacts, les longs ARNnc commencent à être reconnus comme des régulateurs majeurs des processus biologiques. Des travaux aux cours des 7-8 dernières années ont permis de mettre en évidence plusieurs mécanismes d'action par lesquelles les longs ARNnc régulent l'expression génique. Certains études ont montré que les longs ARNncs ont une action cis- et/ou trans-régulatrice sur les régions promotrices des gènes, régulant leur activité de façon directe ou indirecte, par interaction avec des complexes protéiques modificateurs de l'état de la chromatine, des facteurs de transcription et la RNA Pol II (Bonasio and Shiekhattar, 2014). Toutefois, à présent, très peu est connu sur les longs ARNnc chez les organismes photosynthétiques en général. L'objectif de ce projet doctoral est de comprendre la fonction régulatrice des longs ARNnc chez les organismes photosynthétiques, un domaine prometteur qui n'en est qu'à ses débuts, utilisant la diatomée marine Phaeodactylum tricornutum, comme modèle d'étude. Chez P. tricornutum, nous avons récemment identifié plus de 1500 ADNc polyadénylés, dont certains sont exprimés spécifiquement dans des conditions de stress phosphate (Cruz de Carvalho et al., 2016). De plus, certains s'expriment également dans d'autres conditions de contraintes environnemental tels une forte teneur en pCO2 (Huang et al., 2019), le stress azote, le stress thermique ou le stress salin (Cruz de Carvalho, communication personnelle). Nos données préliminaires suggèrent également que certains des longs ARNnc associés aux variations du milieu ont une forte affinité avec des facteurs de transcription et/ou des protéines modulatrices de l'état de la chromatine (Trithorax et Polycomb). Ce projet s'appuiera sur ces résultats préliminaires qui seront approfondis et développés d'avantage au cours des trois années de thèse. Notre objectif est de comprendre les modalités de fonctionnement des longs ARNncs en réponse aux variations du milieu chez P. tricornutum et ainsi permettre d'établir leur rôle dans le contexte de contrainte environnementale chez un organisme photosynthétique.

  • Titre traduit

    Regulatory functions of long noncoding RNAs in Phaeodactylum tricornutum environmental stress responses


  • Résumé

    The traditional view that proteins are the only regulatory units of the genome has been challenged with the discovery of microRNAs. More recently, the fast development of high-throughput, next-generation whole-genome sequencing techniques has enabled the discovery of huge amounts of transcription units producing long non-coding (lnc)RNAs (>200 nucleotides) (Nagano and Fraser, 2011; Bonasio and Shiekhattar, 2014). It has been estimated that lncRNAs represent 10- to 20-fold more genomic transcription than protein-coding genes (Nagano and Fraser, 2011; Bonasio and Shiekhattar, 2014). Longtime considered as transcriptional noise or artifacts, lncRNAs are beginning to be recognized as major regulators of cellular biological processes. Works in the last 7-8 years have begun to elucidate various mechanisms by which lincRNAs can regulate gene expression. Evidence has been gathered showing that lincRNAs are important cis- and/or trans-regulators of gene activity, acting directly or indirectly as scafolds for chromatin modifying complexes, transcription factors and Pol II (Bonasio and Shiekhattar, 2014). However, very little is known about lncRNAs in photosynthetic organisms in general and in microalgae in particular. The aim of this doctoral project is to understand the regulatory function of lncRNAs in photosynthetic organisms, a promising field still in its infancy, using a marine diatom, Phaeodactylum tricornutum, as our study model. In Phaeodactylum tricornutum, we have recently identified over than 1,500 polyadenylated cDNAs, some of which are specifically expressed under phosphate stress conditions (Cruz de Carvalho et al., 2016) and/or under other stress conditions such as high pCO2 (Huang et al., 2019), nitrogen stress, cold, heat and salinity (Cruz de Carvalho, unpublished data). Our preliminary data also suggest that some of the lncRNAs that respond to environmental variations have high affinity with transcription factors and/or proteins that modulate the chromatin state. This thesis project will be grounded on these preliminary results, which will be thoroughly explored and developed throughout its three-year duration. Our goal is to understand the mechanistic functions of the stress responsive lncRNAs in P. tricornutum and thus to establish their role in a photosynthetic organism in the context of environmental stress.