Etude du complexe impliqué dans l'élimination programmée d'ADN pendant la différenciation du noyau somatique chez Paramecium tetraurelia

Study of the complex involved in programmed DNA elimination during the differentiation of the somatic nucleus in Paramecium tetraurelia

• Auteur / Autrice : Mélanie Bazin-Gelis
• Direction : Mireille Bétermier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie moléculaire et cellulaire
• Date : Soutenance le 06/02/2023
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Structure et Dynamique des Systèmes Vivants
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de biologie intégrative de la cellule (Gif-Sur-Yvette, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : référent : Faculté des sciences d'Orsay
• Partenaire(s) de recherche : graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Life Sciences and Health (2020-....)
• Jury : Président / Présidente : Gaëlle Lelandais
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pascale Lesage, Laurent Duret, Emilie Brasset, Éric Meyer, Cyril Denby Wilkes
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Pascale Lesage, Laurent Duret

Mots clés

Mots clés contrôlés

Ressources génétiques

Paramécies

Éléments génétiques mobiles

Bioinformatique

Transcriptome

Ciliés

Mots clés libres

Ciliés

Réarrangements programmés d'ADN

Transcriptomique

Transposase domestiquée

Ciliates

Programmed DNA rearrangements

Transcriptomics

Domesticated transposase

Résumé

Chez de nombreux eucaryotes, le développement de la lignée somatique nécessite un réarrangement du génome. Chez l'unicellulaire P. tetraurelia, dont le dimorphisme nucléaire permet la séparation des génomes germinal et somatique dans deux types de noyaux (respectivement appelés MIC et MAC), cela se traduit par l'élimination programmée de ~50% des séquences germinales. Une partie de ces séquences doivent être précisément excisées pour restaurer l'intégrité des gènes exprimés à partir du génome somatique. Des cassures double-brin sont introduites à leurs bornes par une transposase PiggyBac domestiquée, PiggyMac (Pgm). L'hétérodimère Ku70/Ku80 est requis non seulement pour la réparation des cassures, mais également pour leur introduction. La ligation finale est réalisée par le complexe Ligase 4-Xrcc4.Pendant ma thèse, j'ai étudié la régulation des gènes codant pour les sous-unités du complexe d'excision. Des analyses moléculaires ont révélé que certaines sous-unités connues du complexe sont fortement surexprimées lorsque l'élimination d'ADN est perturbée par l'inactivation de PGM, KU80c ou XRCC4. Une analyse bioinformatique globale du transcriptome m'a permis de généraliser cette observation et d'identifier 628 gènes également surexprimés. Cette liste, qui contient la plupart des partenaires déjà connus de Pgm, devrait permettre d'identifier de nouveaux acteurs des réarrangements. Mes analyses transcriptomiques, combinées à l'étude d'un rapporteur GFP introduit dans l'ancien MAC, suggèrent que les réarrangements du génome dans les nouveaux MAC régulent l'expression des gènes à partir de l'ancien MAC. L'induction de 42% de ces gènes dépend de la présence des nouveaux MAC. Il y aurait donc un dialogue entre les deux générations de MAC qui co-existant dans les cellules pendant le cycle sexuel.

In many eucaryotes, the development of the somatic line requires programmed genome rearrangements. In the unicellular microorganism P. tetraurelia, whose nuclear dimorphism splits the germinal and somatic genomes in two types of nuclei (respectively called MIC and MAC), this consists in the programmed elimination of ~50% of germinal sequences. Part of these sequences must be excised precisely in order to restore gene integrity and enable their expression from the somatic genome. Double-strand breaks are introduced at their extremities by a domesticated PiggyBac transposase, PiggyMac (Pgm). The Ku70/Ku80 heterodimer is not only needed for the repair of DNA breaks but also for their introduction. The final ligation is carried out by the Ligase 4-Xrcc4 complex. During my thesis, I studied the regulation of genes coding for the subunits of the excision complex. Molecular analyses revealed that some known subunits of the complex are strongly overexpressed when DNA elimination is impaired by a PGM, KU80c or XRCC4 knockdown. A global analysis of the transcriptome allowed me to extend this observation and identify 628 overexpressed genes under these conditions. This list contains most of the known partners of Pgm and should open the way to the identification of new actors involved in genome rearrangements. My transcriptomics data, combined with the study of a GFP reporter gene introduced in the old MAC, suggest that genome rearrangements in the new MAC regulate the transient expression of genes from the old MAC. The induction of 42% of these genes depends on the presence of the new MAC. The data reported here point to a cross-talk between the two generations of MAC that co-exist in cells during their development.