Exploration du rôle des 5'UTR dans la régulation de l'expression des gènes chez E. coli par des banques synthétiques et natives.

Exploring the Role of 5'UTRs in the Regulation of Gene Expression in E. coli Using Synthetic and Native Libraries

• Auteur / Autrice : Fan Chen
• Direction : Laurence Girbal, Sébastien Nouaille
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Ingénieries microbienne et enzymatique
• Date : Soutenance le 06/07/2022
• Etablissement(s) : Toulouse, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences écologiques, vétérinaires, agronomiques et bioingénieries (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : TBI - Toulouse Biotechnology Institute, Bio & Chemical Engineering - Toulouse Biotechnology Institute / TBI
• Jury : Président / Présidente : Muriel Cocaign-Bousquet
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Philippe Bouloc, Guillaume Cambray

Mots clés

Mots clés contrôlés

ARN messagers

Escherichia coli

Expression génique

Mots clés libres

Expression génique

Escherichia coli

Régulation

ARNm

Gene expression

Escherichia coli

Regulation

Mrna

Résumé

Face à des changements d’environnements, les bactéries adaptent leur métabolisme en reprogrammant l'expression de leur répertoire de gènes. L'objectif de mon doctorat était d’approfondir nos connaissances de la régulation de l'expression génique chez les bactéries. Nous avons concentré nos travaux sur le rôle des 5'UTR chez E. coli. Les 5'UTR sont les séquences transcrites mais non traduites situées aux extrémités 5' des ARNm.Nous avons développé une approche utilisant des séquences 5'UTR synthétiques pour analyser leur rôle à trois niveaux, que sont la traduction, la transcription et la dégradation de l'ARNm. Nous avons confirmé la contribution multiniveau des 5'UTR dans le contrôle de l'expression génique au niveau de l'initiation de la traduction, de la transcription et/ou de la stabilité de l'ARNm et montré le degré de dépendance vis-à-vis de la séquence du gène rapporteur en aval. Ensuite, nous avons joué sur la régulation de la traduction et montré les conséquences sur la concentration et la stabilité de l'ARNm.La façon dont les 5'UTR régulent l'expression génique en réponse à des changements environnementaux n'est encore que partiellement comprise. Nous avons conçu et construit une banque exhaustive de 2547 5'UTR natives de E. coli fusionnées à un gène rapporteur fluorescent. Le rôle des 5'UTR natifs a été exploré en caractérisant cette banque dans différentes conditions environnementales. Nous avons démontré que les 5'UTR régulent directement et efficacement l'expression des gènes en aval et contribue ainsi à l'adaptation d'E. coli à son adaptation.

When facing changing environments, bacteria have to adapt their metabolism by modifying the expression pattern of their gene repertoire. The goal of my PhD was to provide additional fundamental insights into gene expression regulation in bacteria. We have focused our work on the role of 5’UTRs in gene expression regulation in E. coli. 5’UTRs are the transcribed but untranslated sequences located in the 5’ends of the mRNAs.We first developed an approach using synthetic 5’UTR sequences to analyze their role at three levels, namely translation, transcription, and mRNA degradation. We confirmed the multilevel contribution of 5’UTRs in the control of gene expression at the level of translation initiation, transcription, and/or mRNA stability and showed the degree of dependence on the downstream reporter gene sequence. Then we played with the 5’UTR-mediated translation regulation and showed the consequences on mRNA concentration and stability.How 5’UTRs regulate gene expression in response to environmental changes is still only partially understood. We designed and constructed a full-size library of 2547 native 5’UTR sequences from E. coli fused to a fluorescent reporter gene. The role of native 5’UTRs was explored by challenging the native 5’UTR library to grow in changing environmental conditions. We demonstrated that the 5’UTRs directly and efficiently regulate downstream gene expression and thus contribute to the E. coli adaption to changing environments.