Connexion entre organisation 3D du génome et épissage alternatif médiée par les hélicases DDX5 et DDX17

Connection between 3D genome organization and alternative splicing mediated by the RNA helicases DDX5 and DDX17

• Auteur / Autrice : Sophie Terrone
• Direction : Cyril Bourgeois
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie moléculaire
• Date : Soutenance le 20/12/2019
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de Biologie Moléculaire Intégrative et Cellulaire (Lyon)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Claude Bernard (Lyon ; 1971-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de biologie et modélisation de la cellule. Lyon (1987-….)
• Jury : Président / Présidente : Caroline Moyret-Lalle
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Cyril Bourgeois, Francesca Palladino, Thomas Sexton
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Reini Luco, Robert Feil

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cohésine

ARN hélicases

Épissage alternatif

Mots clés libres

Epissage

Organisation 3D du génome

Hélicases à ARN

DDX5/17

CTCF/Cohésine

Splicing

3D Genome organization

RNA helicases

DDX5/17

CTCF/Cohesin

Résumé

L'épissage alternatif est le mécanisme permettant la production de plusieurs isoformes d'ARNs messagers à partir du même gène. La majorité des gènes humains sont concernés par ce processus. Epissage et transcription étant simultanés, les deux processus sont co-régulés. Plusieurs études récentes ont proposé que l'organisation tridimensionnelle du génome, qui régule la transcription, pourrait également moduler l'épissage. DDX5 et DDX17 sont deux hélicases à ARN impliquées dans plusieurs étapes de la biogenèse et de la maturation des ARNs, y compris la transcription et l'épissage. Des travaux de notre équipe ont montré que leur expression est réprimée lors de la différenciation cellulaire, ce qui contribue à établir des programmes d'épissage spécifiques. DDX5 et DDX17 interagissent avec CTCF et le complexe Cohésine, deux régulateurs de l’organisation 3D de la chromatine, suggérant un rôle des hélicases dans la topologie du génome, et potentiellement dans la connexion éventuelle entre organisation 3D et épissage. Nous avons dans un premier temps évalué l’impact à large échelle de DDX5/17 sur l’épissage par RNA-Seq, et montré que la co-déplétion de CTCF et de Cohésine avec les hélicases augmente leur effet sur l'inclusion de certains exons. De plus, nos résultats indiquent que la déplétion de DDX5/17 impacte la terminaison de la transcription de centaines de gènes. Enfin, nous avons sélectionné deux exons régulés par DDX5/17 et CTCF pour étudier l'organisation tridimensionnelle de leurs gènes par des expériences de 3C (Chromosome Conformation Capture). Le premier candidat est un exon interne du gène NCS1 et le second un exon situé just en aval du promoteurdu gène PRMT2. Nos résultats de 3C indiquent la présence d'une boucle entre le promoteur du gène NCS1 et l'exon alternatif interne. De plus, nous montrons pour les 2 gènes testés la proximité physique entre leur promoteur et leur région terminatrice, et une déstabilisation de cette boucle en absence de DDX5/17, ce qui pourrait expliquer les défauts observés de terminaison. . Enfin, une stabilisation contrainte de la boucle promoteur-terminateur du gène PRMT2 altère l'inclusion de l'exon promoteur proximal de ce gène. Ainsi, nos résultats appuient l'hypothèse d'un lien mécanistique entre l'organisation 3D des gènes et la régulation de l'épissage alternatif et plus généralement de la fidélité de leur transcription

Alternative splicing is the mechanism that allows the production of several mRNA isoforms from the same gene, and that concerns the majority of human genes. As it occurs during transcription, both processes are co-regulated. Several recent studies have proposed that the three-dimensional organization of the genome, which regulates transcription, could also have an impact on splicing. DDX5 and DDX17 are two RNA helicases involved in several steps of RNA biogenesis and processing, including transcription and splicing. Notably, previous studies from our lab have shown they are downregulated during cellular differentiation, which contributes to establish specific splicing programs. Moreover, DDX5/17 interact with CTCF and Cohesin that are key regulators of chromatin topology and looping. This suggests a role for DDX5/17 in genome topology, and could suggest their involvement in the cross-talk between 3D organization and splicing. In order to address this question, we first assessed the impact of DDX5/17 on splicing by RNA-Seq and tested the contribution of CTCF and Cohesin on DDX5/17-dependant exon inclusion. We observed that the co-depletion of CTCF and Cohesin with DDX5/17 increases the effect of the helicases on the inclusion of some exons. Moreover, our results indicate for the first time that depletion of DDX5/17 deregulates transcriptional termination of many genes. Finally, we selected two exons regulated by both DDX5/17 and CTCF and investigated the three-dimensional organization of their associated genes by Chromosome Conformation Capture (3C) assays. The first exon is located within the NCS1 gene while the second exon has a promoter-proximal position in the PRMT2 gene. Our 3C experiments indicate the presence of a chromatin loop between the NCS1 promoter and its internal DDX5/17- and CTCF-regulated exon. Moreover, our results reveal a physical proximity between the promoter and the terminator region of both genes, and a deregulation of this specific configuration upon DDX5/17 depletion, which could possibly lead to transcriptional readthrough. Finally, stabilizing the promoter-terminator loop using a dCas9-based approach altered the inclusion of the PRMT2 promoter-proximal exon. Altogether, our results support the hypothesis of a mechanistical link between the 3D organization of genes and the regulation of alternative splicing and transcription fidelity