Etude de la régulation de la traduction dans les macrophages au cours de la réponse inflammatoire

Regulation of mRNA translation during the inflammatory response in murine macrophages

• Auteur / Autrice : Juliana Blin-Gonthier
• Direction : Emiliano Ricci
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la vie et de la santé. Biologie
• Date : Soutenance le 30/10/2020
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de Biologie Moléculaire Intégrative et Cellulaire (Lyon ; 1999-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : École normale supérieure de Lyon (2010-...)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de biologie et modélisation de la cellule. Lyon (1987-….)
• Jury : Président / Présidente : Pierre Jalinot
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Emiliano Ricci, Pierre Jalinot, Cosmin Saveanu, Dominique Weil, Caroline Goujon
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Cosmin Saveanu, Dominique Weil

Mots clés

Mots clés contrôlés

Macrophages

Inflammation

Mots clés libres

Inflammation

Macrophage

Synthèse des protéines

Ribosome profiling

Monosome vs Polysome footprinting

Inflammation

Macrophage

Translation

Ribosome profiling

Monosome vs Polysome footprinting

Résumé

La régulation dynamique de la synthèse des protéines en fonction des besoins de la cellule facilite son adaptation face aux fluctuations de l’environnement. Malgré l’importance de la régulation de la traduction au cours du processus d’expression des gènes, l’impact de ce mécanisme sur des processus biologiques fondamentaux, comme la mise en place d’une réponse immunitaire, reste mal compris. Grâce au développement de nouvelles technologies basées sur l’utilisation du séquençage à haut débit, comme le ribosome profiling, il est désormais possible d’étudier en détails la façon dont la synthèse des protéines est contrôlée. Le monosome vs polysome footprinting est une nouvelle méthode qui permet d’étudier la traduction des ARN messagers (ARNm) selon leur association avec un seul ribosome (monosome) ou avec plusieurs ribosomes (polysomes). Au cours de ma thèse, j’ai identifié les paramètres essentiels pour la mise en place d’une expérience de monosome vs polysome footprinting donnant des résultats fiables en utilisant des macrophages primaires dérivés de la moëlle osseuse de souris. Je me suis intéressée à ce type de cellules immunitaires particulier car elles présentent une grande capacité à détecter des modifications dans leur environnement et à modifier leur taux d’expression de protéines en fonction des signaux reçus. Leur grande plasticité est notamment essentielle pour assurer leurs diverses fonctions de protection de l’organisme, comme le déclenchement et la résolution de la réponse inflammatoire. La méthode de monosome vs polysome footprinting ayant été initialement développée chez la levure, son utilisation avec un modèle d’étude différent a nécessité de nombreuses modifications du protocole. Suite à cette phase de développement technologique, j’ai pu confirmer que les monosomes, une population de ribosomes historiquement considérés comme inactifs, sont activement impliqués dans le processus de traduction dans les macrophages primaires de souris. Les données obtenues ont également permis d’identifier des caractéristiques communes entre les ARNm enrichis dans les monosomes chez la levure et dans les macrophages murins. La régulation de la synthèse des protéines via l’association à des monosomes ou à des polysomes pourrait donc être un mécanisme conservé chez les organismes eucaryotes. Enfin, le travail d’optimisation réalisé dans les macrophages primaires murins ouvre la possibilité d’étudier l’effet de la régulation de la traduction sur la mise en place et la résolution de la réponse inflammatoire de façon très détaillée.

The dynamic regulation of the protein synthesis process participates in the cell adaptation to a constantly evolving environment. Despite its critical role in gene expression regulation, the understanding of translational control in fundamental biological processes, such as immune responses, is still incomplete. The implementation of new approaches based on deep sequencing can be used to fill the gap in the knowledge of protein synthesis regulation. Notably, monosome vs polysome footprinting is an innovative approach derived from ribosome profiling that allow the characterization of 80S footprints derived either from monosomes or polysomes associated ribosomes. In this work, I identified the key parameters required to obtain a robust picture of ribosomal densities across cellular mRNAs using monosome vs polysome footprinting in murine primary bone-marrow derived macrophages (pBMDM). These immune cells are particularly interesting to study protein synthesis regulation in evolving conditions as they display a high sensitivity towards their environment and have the ability to trigger different gene expression programs depending on external cues. Their high phenotypic plasticity is in fact essential to ensure their protective functions in the organism such as the triggering and the resolution of the inflammatory response. As monosome vs polysome footprinting was initially developed in yeast, the adaptation of this method to study murine immune cells required extensive optimizations. The resulting protocol developed in this work was used to confirm that, contrary to a long lasting belief in the scientific community, murine pBMDM monosomes are actively involved in the translation process. Interestingly, we were able to recapitulate similar observations to what was previously observed in yeast regarding the features of mRNAs preferentially bound to monosomes or polysomes in murine pBMDM. This could suggest that the differential trafficking of ribosomes depending on specific features of the cellular mRNAs is a conserved mechanism of translational control. Importantly, the distribution of ribosomes across the different mRNAs is not random and the proper ribosome allocation pattern could be critical to adapt protein synthesis levels to the cellular needs. Here we developed a robust strategy to study this overlooked transcript-specific mechanism of translational control. Moreover, our optimized protocol can now be used to study the impact of translation through monosomes or polysomes at different stages of the inflammatory response in murine macrophages.