Exploration du rôle de l'épissage mineur dans le développement embryonnaire : modèle du syndrome de Taybi-Linder) (TALS)

Exploration of minor splicing function during embryonic development with the Taybi-Linder Syndrome (TALS) model

• Auteur / Autrice : Audric Cologne
• Direction : Patrick Edery, Vincent Lacroix
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Neurosciences
• Date : Soutenance le 10/10/2019
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Neurosciences et Cognition (NSCo) (Lyon)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Claude Bernard (Lyon ; 1971-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de Recherche en Neurosciences de Lyon (Bron ; Saint-Priest-en-Jarez ; 2011-....) - Equipe de recherche européenne en algorithmique et biologie formelle et expérimentale
• Jury : Président / Présidente : Tania Attié-Bitach
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Patrick Edery, Vincent Lacroix, Sarah Djebali Quelen, A. Karyn Julliard, Sylvie Mazoyer
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Alexandra Martins, William Ritchie

Mots clés

Mots clés contrôlés

Bioinformatique

Transcriptome

Épissage (génétique)

Mots clés libres

TALS

Épissage mineur

Introns U12

RNU4ATAC

Transcriptomique

Bioinformatique

TALS

Minor splicing

U12 introns

RNU4ATAC

Transcriptomic

Bioinformatic

Résumé

Le Syndrome de Taybi-Linder (TALS) est une maladie génétique rare affectant le développement embryonnaire, caractérisée par un nanisme microcéphalique sévère et un décès précoce des patients. Le gène muté dans ce syndrome est RNU4ATAC, qui encode un petit ARN nucléaire (snRNA) non-codant : U4atac. Ce snRNA est l’une des briques composant le spliceosome mineur, une machinerie nucléaire dédiée à l’épissage des introns U12, un groupe d’introns peu étudié car présent dans ~1 % des gènes seulement. Dans le TALS, ces introns sont fréquemment retenus dans les transcrits matures, l’épissage correct des introns U12 semble donc capital pour le développement embryonnaire. L’étude du profil transcriptomique des patients TALS permet ainsi d’établir les conséquences moléculaires d’un dysfonctionnement du spliceosome mineur, nous permettant d’en apprendre davantage sur les mécanismes d’épissage des introns U12 en condition physiologique ou pathologique, et sur le rôle de l’épissage mineur dans le développement embryonnaire. Cette thèse présente la première analyse approfondie du transcriptome de cellules provenant de patients TALS. Pour mener cette analyse, nous avons développé un pipeline bioinformatique qui, à partir de données RNA-seq de seconde génération, utilise différentes méthodes dédiées à l’étude différentielle de l’expression des gènes ou de la qualité d’épissage entre patients et contrôles. L’épissage étant particulièrement complexe à analyser à partir de reads courts, deux approches complémentaires ont été utilisées : l’une classique, basée sur l’alignement des reads, et l’autre plus originale, basée sur l’assemblage des reads et permettant de détecter plus d’événements d’épissage non-annotés (KisSplice). Une des conséquences attendue d’un dysfonctionnement du spliceosome mineur est une rétention massive des introns U12 dans les ARN matures. Cependant, la détection et la quantification de rétentions d’intron chez les mammifères constituent encore aujourd’hui un challenge bioinformatique. Nous avons donc utilisé une méthode récente dédiée à l’analyse des rétentions d’introns pour caractériser le plus précisément possible le profil transcriptomique des patients TALS. J’ai ainsi participé au développement de KisSplice et de notre outil d’analyse statistique des différentielles d’épissage, kissDE, et mis en évidence certaines caractéristiques de l’épissage mineur, que ce soit en condition physiologique ou pathologique

The Taybi-Linder Syndrome (TALS) is a rare genetic disorder of the embryonic development leading to a severe microcephaly, a primordial dwarfism and an early/unexpected death. The mutated gene in this syndrome is RNU4ATAC, which encode a non-coding small nuclear RNA (snRNA) named U4atac, involved in the minor spliceosome. This nuclear machinery is dedicated to the splicing of a small number of particular introns : the U12 introns. Because only about 1 % of the Human’s genes display at least one U12 intron, they have not been extensively study and little is known about their function. In TALS patients’ cells, most of the U12 introns are retained in mature transcripts ; hence, splicing of U12 introns seems important for the embryonic development. Studying TALS patients’ cells transcriptomes both in physiological and pathological conditions should enable us to precisely identify most of the molecular consequences of a minor splicing defect and could shed light on the mechanism linking minor splicing and embryonic development. This thesis is the first work to conduct an in depth analysis of TALS patients’ cells transcriptomes. In order to do a precise analysis, we developed a bioinformatic pipeline that uses multiple methods to detect differentially expressed or spliced genes between patients and controls and from second generation RNA-seq data. Splicing analysis is a very complex task complete with short reads ; hence, we used two complementary approaches. The first one is based on reads alignement to a reference genome, method conventionnally used to work on splicing, and the second one is based on reads assembly (KisSplice), a original method enabling to find more non-annotated splicing events. One of the expected consequences of a minor splicing malfunction is a global U12 introns retention in mature transcripts. However, intron retention detection and quantification in mammals is particulary difficult task in mammals, thus we used a new method dedicated to intron retentions analysis to study the transcriptomic profile of TALS patients. During my thesis, I was one of the developer of KisSplice and kissDE, our differential splicing analysis tool, and I identified important charcteristics of minor splicing either in physiological or pathological conditions