Identification à l'échelle génomique de gènes transcrits par deux isoformes de l'ARN polymérase III humaine

Genome wide identification of genes transcribed by two isoforms of human RNA

• Auteur / Autrice : Chiara Pascali
• Direction : Martin Teichmann, Giorgio Dieci
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences, technologie, santé. Génétique
• Date : Soutenance le 08/04/2011
• Etablissement(s) : Bordeaux 2 en cotutelle avec Università degli studi (Parme, Italie)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la vie et de la santé (Talence, Gironde ; 1993-....)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Olivier Lefebvre, Rodolfo Negri, Riccardo Percudani, Marie-Noelle Prioleau

Mots clés

Mots clés contrôlés

Génome humain

Transcription génétique

ARN polymérase III

Mots clés libres

Homme

Cancer

Polymérase III

Transcription

ChIP-Seq

Human

Cancer

Pol III

Transcription

ChIP-Seq

Résumé

En 2010, Haurie et al. ont identifié deux isoformes différentes de la Pol III humaine : Pol IIIα, quin’est présente que dans les cellules souches embryonnaires et dans celles tumorales, et Pol IIIβ,exprimée constitutivement.L’expression ectopique de Pol IIIα affecte profondément l’équilibre de cellules différentiées, jusqu’àen induire la transformation oncogénique. Ceci n’est pas observé dans le cas de l’expression ectopiquede Pol IIIβ.A fin de définir les causes moléculaires de la transformation cellulaire induite par Pol IIIα, nousavons décidé d’étudier son transcriptome en comparaison avec celui de Pol IIIβ, à la recherche desgènes qui pourraient soutenir l’oncogenèse observée. Dans notre étude, nous avons adopté latechnique du ChIP-Seq, une approche innovatrice et puissante qui permet de cartographier tous lessites de liaison d’une protéine sur le génome. Elle comporte la purification de la protéine d’intérêtcomplexe avec ces cibles génomiques et le séquençage de ces dernières de manière massive.Le premier but de cette thèse a été représenté par la mise a point d’un protocole de ChIP-Seqoptimisé spécifiquement pour Pol IIIα et Pol IIIβ. Une fois obtenue une préparation de chromatine dequalité adéquate aux standards du ChIP-Seq, nous avons effectué les séquençages massifs etcartographié sur le génome tous les loci contactés par les deux isoformes de polymérase.De cette manière, nous avons identifié 1287 loci occupés par Pol IIIα et 1281 par Pol IIIβ. Les deuxpolymérases se co-localisent sur la plupart de ces sites, mais montrent aussi une occupationpréférentielle et spécifique sur une fraction de loci Pol III. Cette disproportion pourrait contribuer auphénomène cellulaire observé par Haurie et al.Le manuscrit de thèse détaille les résultats de cette analyse et les conclusions qui en dérivent.Nous y avons ajouté une synthèse des travaux réalisés antérieurement et concertants la caractérisationdes promoteurs de gène qui codent pour les snoARN chez la levure S.cerevisiae, positionnée en toutefin de document.

In eukaryotes, transcription is carried out by DNA-dependent RNA polymerases I, II and III (or I-V inplants). These RNA polymerases are specialized in the transcription of specific groups of genes.Human RNA polymerase III (Pol III) transcribes small noncoding RNAs involved in the regulation oftranscription (7SK RNA), RNA processing (U6 RNA, RNAse P, RNAse MRP), translation (tRNAs,5S RNA) or other cellular processes (vault RNAs [multidrug resistance], adenoviral RNAs [VA-I,VA-II], Epstein-Barr virus RNAs [EBER1, EBER2]). It has furthermore been reported that somemicroRNAs of viral or cellular origin may also be transcribed by Pol III.Interestingly, increased Pol III transcription levels accompany or cause cell transformation. Themechanisms underlying this phenomenon are still largely unknown. Recently, two distinct isoforms ofhuman Pol III have been discovered (Haurie et al., 2010). RPC32β-containing Pol IIIβ is ubiquitouslyexpressed and essential for growth and survival of human cells. In contrast, RPC32α-containing PolIIIα is dispensable for cell survival and its expression is restricted to undifferentiated embryonic stem(ES) cells and to tumor cells.The distinct effects of Pol IIIα and Pol III β on cell growth and transformation may be explained bythe transcription of isoform-specific target genes. To identify such isoform-specific target genes, wespecifically targeted RPC32α and of RPC32β subunits in chromatin immunoprecipitation (ChIP)experiments and analyzed the co-precipitated DNA sequences by high throughput sequencing (ChIPseq.).Genome wide localization of RPC32α and RPC32β subunits of Pol III revealed the presence of bothsubunits on many of the known Pol III-transcribed genes, suggesting redundant activities of bothisoforms of Pol III in transcription of these genes. We also found that some of the genes known to betranscribed by Pol III are only occupied by either RPC32α or by RPC32β, suggesting that these genesare exclusively transcribed by Pol IIIα or by Pol IIIβ, respectively.RPC32α and RPC32β ChIP-seq. results furthermore led to the identification of novel Pol III candidategenes in HeLa cells. Moreover, we found high levels of Pol IIIα or Pol III β at some of the annotatedtRNA pseudogenes, implicating that these genes may be transcribed. The functions of RNAstranscribed from novel putative Pol III genes or from tRNA pseudogenes remain to be determined.