Étude de la régulation spatiale du métabolisme des ARN messagers : mécanismes et conséquences du ciblage aux pores nucléaires

The spatial regulation of mRNA metabolism : mechanisms and consequences of targeting to nuclear pore complexes

• Auteur / Autrice : Arianna Penzo
• Direction : Benoît Palancade
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génétique
• Date : Soutenance le 26/09/2022
• Etablissement(s) : Université Paris Cité
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Bio Sorbonne Paris Cité (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Jacques Monod (Paris ; 1997-....)
• Jury : Président / Présidente : Emmanuelle Fabre
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Emmanuelle Fabre, Manuel Mendoza, Vincent Vanoosthuyse, Sophie Polo, Mathieu Rougemaille
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Manuel Mendoza, Vincent Vanoosthuyse

Mots clés

Mots clés contrôlés

Structures en boucle R

Sumoylation

Pores nucléaires

ARN messagers

Mots clés libres

Localisation des ARN messagers

Traduction localisée

Pore nucléaire

R-loop

RPA

SUMOylation

Instabilité génétique dépendant de la transcription

Saccharomyces cerevisiae

MRNA localisation

Localised translation

Nuclear pore complex

R-loops

RPA

SUMOylation

Transcription dependent genetic instability

Saccharomyces cerevisiae

Résumé

Le complexe du pore nucléaire (NPC) est responsable des échanges entre le noyau et le cytoplasme. Ces structures sont remarquables par leur sophistication et leur conservation, mais aussi par la grande variété de processus biologiques dans lesquels elles sont impliquées, notamment la régulation de l'expression des gènes et le maintien de l'intégrité du génome. Au cours de ma thèse, je me suis intéressée à déterminer les mécanismes par lesquels certaines étapes du métabolisme des ARN messagers se déroulent aux pores nucléaires, et les conséquences de cette localisation sur l'homéostasie cellulaire. Du côté cytoplasmique, j'ai contribué à décrire comment les ARNm codant pour certaines protéines nucléaires sont associés au pore lui-même dès qu'ils sont engagés dans le processus de traduction, et comment la traduction localisée empêche l'agrégation des protéines naissantes. Du côté nucléaire, j'ai montré que la relocalisation des gènes vers le pore peut être déclenchée par la formation de R-loops, des hybrides ADN:ARN co-transcriptionnels potentiellement génotoxiques. Dans ce contexte, j'ai caractérisé le mécanisme de relocalisation, qui nécessite la liaison de l'ADN simple brin par RPA et des événements de SUMOylation, et obtenu des données en faveur d'un effet protecteur de l'environnement du pore nucléaire contre l'instabilité génétique dépendante des R-loops. Dans les deux cas, la caractérisation des mécanismes et des conséquences de la transcription ou de la traduction localisée a révélé que la reconnaissance de molécules potentiellement toxiques et leur repositionnement au niveau du NPC permet vraisemblablement leur prise en charge, évitant l'accumulation d'agrégats protéiques dans le cytoplasme ou de structures génotoxiques dans le noyau. Ces résultats soulignent le rôle fondamental des pores nucléaires dans la constitution du protéome nucléaire et le maintien de l'homéostasie du génome.

The nuclear pore complex (NPC) is responsible for the exchanges between the nucleus and the cytoplasm. NPCs are remarkable for the sophistication and the conservation of their structure, but also for the wide variety of biological processes in which they are involved, notably gene expression regulation and the maintenance of genome integrity. During my thesis, I was interested in deciphering the mechanisms responsible for the spatial restriction of mRNA-related processes to the NPC, and the consequences of this localization for cell homeostasis. On the cytoplasmic side, I contributed to describe how mRNAs coding for certain nuclear proteins are associated with the pore itself as soon as they are engaged in the translation process, and how localized translation prevents nascent protein aggregation. On the nuclear side, I have shown that gene relocation to the pore can be triggered by the formation of R-loops, which are co-transcriptional, potentially genotoxic DNA:RNA hybrids. In this context, I characterised the mechanism of relocation, which requires ssDNA coating by RPA and SUMOylation events, and gathered evidence supporting a protective effect of the nuclear pore environment against R-loop dependent genetic instability. In both cases, the characterisation of the mechanisms and consequences of localized transcription or translation revealed that the proper recognition of potentially toxic molecules and their repositioning at the NPC likely allows their appropriate processing, avoiding the accumulation of protein aggregates in the cytoplasm or genotoxic structures in the nucleus. These results highlight the fundamental role of the NPC in the constitution of the nuclear proteome and the maintenance of genome homeostasis.