Contrôle de la différenciation sexuelle de la levure Schizosaccharomyces pombe par un ARN non-codant et la protéine de liaison à l’ARN Mmi1

Control of sexual differentiation in the yeast Schizosaccharomyces pombe by a non-coding RNA and the RNA binding protein Mmi1

• Auteur / Autrice : Mathieu Dangin
• Direction : André Verdel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie cellulaire
• Date : Soutenance le 27/11/2017
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale chimie et science du vivant (Grenoble ; 199.-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut pour l'avancée des biosciences (Grenoble)
• Jury : Président / Présidente : Winfried Weissenhorn
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : André Verdel, Ramesh Pillai
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Cécile Bousquet-Antonelli, Dominique Helmlinger

Mots clés

Mots clés contrôlés

Régulation génétique

Différenciation sexuelle

Schizosaccharomyces pombe

ARN non codants

ARN

Épigénétique

Mots clés libres

ARN non-Codant

Différenciation Sexuelle

Silencing Transcriptionnel des Gènes

Complexe Exosome

Surveillance des ARN

Schizossacharomyces pombe

Non-Coding RNA

Sexual Differentiation

Transcriptional Gene Silencing

Exosome Complex

RNA Surveillance

Schizossacharomyces pombe

Résumé

Au cours des cinq dernières années l’existence d’un contrôle de la transcription par les ARN non-codants longs (lncRNAs) a été décrite dans une large variété d’eucaryotes. Cependant, les mécanismes par lesquels les lncRNAs régulent la transcription restent en grande partie méconnus. Les premiers travaux effectués dans le cadre de cette thèse ont participé à la caractérisation du mécanisme mis en jeu par un lncRNA, nommé nam1, dans le contrôle de l’entrée en différenciation sexuelle chez la levure Schizosaccharomyces pombe. Il a ainsi été montré qu’au cours de sa synthèse le lncRNA nam1 est ciblé par la protéine de liaison à l’ARN Mmi1 et une machinerie de surveillance des ARN qui comprend l’exosome, un complexe de dégradation des ARN conservé au cours de l’évolution. La fixation de Mmi1 au lncRNA nam1 contrôle la terminaison de la transcription de nam1 et empêche ainsi la transcription de se poursuivre et d’interférer alors avec la transcription du gène situé en aval (codant pour une MAP kinase essentielle à l’entrée en différenciation). Les travaux suivant montrent l’implication dans ce mécanisme de la protéine Cti1, un des co-facteurs connus de l’exosome. Fait marquant, ces travaux rapportent aussi l’existence d’un mode de production inédit pour un lncRNA. En effet, ils révèlent que la transcription non-interrompue d’un gène codant conduirait à la production d’un ARN bi-cistronique. La maturation co-transcriptionnelle de cet ARN bi-cistronique produirait, d’un côté, un ARN messager et, de l’autre, le lncRNA nam1. Enfin, ils ont permit la caractérisation initiale d’un nouveau composant de la machinerie de surveillance des ARN recrutée sur nam1 par Mmi1. Ainsi, dans leur ensemble, ces travaux contribuent à une meilleure connaissance des mécanismes pouvant être mis en jeu par un lncRNA et agissant en cis pour réguler l’expression génique et, à travers elle, des processus cellulaires majeurs, tel que la différenciation cellulaire. De plus, ils décrivent un nouveau mécanisme de biogénèse d’un lncRNA.

Over the last five years, the control of transcription mediated by long non-coding RNAs (lncRNAs) has been reported to take place in a wide variety of eukaryotes. However, the mechanisms by which lncRNAs regulate transcription remain relatively poorly described. The first work conducted in the context of this PhD thesis has contributed to the characterization of the mechanism used by a lncRNA, named nam1, to control entry into sexual differentiation of the fission yeast Schizosaccharomyces pombe. It was shown that, while the lncRNA nam1 is being produced, it is targeted by the RNA binding protein Mmi1 and a RNA surveillance machinery that includes the exosome, a conserved complex throughout evolution. The binding of Mmi1 to nam1 lncRNA controls the termination of transcription of nam1, which prevents this non-coding transcription from interfering with the transcription of the downstream gene, coding for a MAP kinase essential to entry into differentiation. The following work shows the importance of the protein Cti1, one of the known co-factor of the exosome, in the nam1-dependent control of sexual differentiation. Remarkably, it also strongly suggests the existence of a new way of producing a lncRNA. Indeed, it reveals that read-through transcription of a protein-coding gene leads to the production of a bi-cistronic RNA, which is co-transcriptionally matured to produce on one side a messenger RNA and on the other side the lncRNA nam1. Finally, this work initiated the characterization of a new component of the RNA surveillance machinery targeting nam1. Collectively, this work brings several insights into the mechanisms used by cis-acting lncRNAs to regulate gene expression and, thereby, major cellular processes such as cell differentiation. Moreover, it also provides insights into the biogenesis of lncRNAs by reporting a new mode of production of lncRNAs.