Fonctions de la 2’-O-méthyltransférase FTSJ1 dans la régulation de l'expression des gènes et le développement neuronal

Functions of the ribose methyltransferase FTSJ1 in regulation of gene expression and neural development

• Auteur / Autrice : Mira Brazane
• Direction : Clément Carré
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie cellulaire et développement
• Date : Soutenance le 06/10/2023
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Complexité du vivant (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de biologie du développement (Paris ; 1997-....)
• Jury : Président / Présidente : Hubert Becker
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Yves Roignant, Olivier Namy
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Francesca Tuorto, Marc Graille

Mots clés

Mots clés contrôlés

Drosophiles

Expression génique

Déficience intellectuelle

ARN de transfert

Méthyltransférases

Mots clés libres

FTSJ1

2'-O-Méthylation

ARNt

Déficience intellectuelle

Traduction

FTSJ1

2'-O-Methylation

TRNA

Intellectual disability

Translation

Résumé

Dans tous les domaines du vivant, la majorité des ARN de toutes les catégories sont chimiquement modifiés. De nombreuses études au cours des dernières décennies ont permis de montrer que la perte des enzymes de modification des ARN sont à l’origine de nombreuses pathologies, notamment liées au système nerveux. Au cours de ma thèse, j'ai contribué à la compréhension des fonctions de FTSJ1, une enzyme de la famille Trm7 responsable de la 2’-O-méthylation des ARNt sur deux nucléotides de la boucle anticodon dont le Wobble (nucléotide 34). La perte de fonction de FTSJ1 est à l'origine d'une déficience intellectuelle, cependant, les mécanismes moléculaires sous-jacents restent incompris. Mes collègues de laboratoire ont précédemment identifié les orthologues de FTSJ1 chez la drosophile comme régulateurs des voies d’ARN interférence. Au cours de ma thèse, j'ai contribué à la caractérisation d'un nouveau variant pathologique de FTSJ1 et à l'étude des transcriptomes de lymphocytes dérivés de patients atteints de déficience intellectuelle. J'ai également identifié des défauts morphologiques associés à l’inhibition de FTSJ1 dans des neurones immatures humains en culture. De même, le modèle drosophile dépourvu des orthologues de FTSJ1 présente des défauts morphologiques similaires au niveau des jonctions neuromusculaires. Des évaluations cognitives ont montré une réduction drastique de la mémoire à long terme chez tous les mutants. Étant donné la fonction principale des ARNt dans la traduction, j'ai enfin réalisé un ribosome profiling sur les lignées cellulaires dérivées de patients, ainsi qu'une analyse RNAseq. Une analyse de gene ontology a révélé un nombre de gènes dérégulés au niveau traductionnel, principalement impliqués dans l'apprentissage vocal et imitatif. Dans l'ensemble, ces résultats montrent une régulation des gènes de la morphogenèse cérébrale attribués à FTSJ1, ainsi que des défauts morphologiques altérant les cellules neuronales en culture, mais aussi dans le modèle de drosophile muté dans FTSJ1. En perspective, il serait utile d'exploiter ces nouveaux jeux de données de ribosome profiling chez l’homme et la drosophile, en mettant l'accent sur les signatures spécifiques des codons et sur l'efficacité de la traduction par les ARNt substrats de FTSJ1. Ces résultats pourraient conduire à une meilleure compréhension des mécanismes à l’origine de la déficience intellectuelle liée à FTSJ1.

RNAs of all the domains of life carry chemical modifications. Extensive studies over the last decades linked the loss of RNA modification enzymes to several pathologies, notably, ones related to the nervous system. During my PhD, I contributed to the understanding of the functions of FTSJ1, a Trm7 family enzyme responsible for tRNA ribose methylation of two nucleotides of the anticodon loop including the Wobble (34th) position. FTSJ1 loss of function causes intellectual disability, however, the mechanisms underlying this condition remain elusive. My colleagues previously identified the orthologs of FTSJ1 in Drosophila as regulators of RNA interference pathways. During my PhD, I contributed to the characterization of a new FTSJ1 pathological variant, and to the study of transcriptomes of patient derived lymphocytes. I also identified morphological defects associated with the loss of FTSJ1 in cultured human immature neurons. Similarly, the Drosophila model lacking the orthologs of FTSJ1 exhibits similar morphological defects in the neuromuscular junctions. Cognitive assessments exhibited drastically reduced long-term memory in all mutant combinations. Given the primary function of tRNAs in translation, I lastly conducted a transcriptome wide profiling of ribosome footprints on patient derived cell lines, together with an RNAseq analysis. A gene ontology analysis revealed a number of deregulated genes at the translational level, primarily involved in vocal and imitative learning. Overall, these results show a substantial regulation of brain morphogenesis genes attributed to FTSJ1, as well as morphological defects altering cultured neural cells, but also in the Drosophila model lacking FTSJ1. As a perspective, exploitation of new ribosome profiling datasets, with an emphasis on codon specific signatures on translation efficiency by tRNA substrates of FTSJ1 could lead to a better understanding of the mechanisms underlying FTSJ1 related intellectual disability.