Analyse de la fonction des granules ARN: exemple des granules germinaux chez la drosophile

Functional analysis of RNA granules: example of Drosophila germ granules

• Auteur / Autrice : Ali Haidar
• Direction : Martine Simonelig
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Biologie Santé
• Date : Inscription en doctorat le ; Soutenance le 06/10/2025
• Etablissement(s) : Université de Montpellier (2022-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences Chimiques et Biologiques pour la Santé
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : IGH - Institut de Génétique Humaine
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Régulation des ARNm et développement
• Jury : Président / Présidente : Marie-Hélène Verlhac
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Martine Simonelig, Florence Besse, Simon Alberti, Alessandro Barducci, Anne Ramat
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Florence Besse, Simon Alberti

Mots clés

Mots clés libres

Contrôle traductionel

Imagerie en molecule unique

Séparation de phase

Génétique

Régulation des ARNm

Granule ARN

Genetics

Phase separation

Single molecule imaging

MRNA regulation

RNA granule

Translational regulation

Résumé

Les condensats biomoléculaires sont des compartiments sans membrane qui permettent de coordonner et d’optimiser les réactions biochimiques dans la cellule en concentrant substrats et enzymes dans un espace confiné. Ils se forment par séparation de phase, un processus de dé-mixion résultant d’interactions multivalentes entre protéines et acides nucléiques. Parmi ces condensats, les condensats ARN-protéines (RNP), formés d’ARNs et de protéines liant l’ARN, sont des centres majeurs de la régulation post-transcriptionnelle. Plusieurs types de condensats RNP ne sont pas homogènes mais composés de plusieurs phases non miscibles. Cependant, la manière dont ces différentes phases sont liées à leurs fonctions biologiques reste une question clé. Les granules germinaux sont des condensats RNP essentiels à la spécification et à la différenciation des cellules germinales, impliqués dans la coordination de la localisation et de la régulation traductionnelle des ARNs. Ils représentent un excellent modèle pour étudier les relations entre l’organisation et les fonctions des condensats RNP. Nous utilisons les granules germinaux de l’embryon de Drosophile comme système modèle. En microscopie super-résolution STED (Stimulated Emission Depletion), nous avons montré que les granules germinaux de Drosophile présentent une organisation biphasique, avec une coque et un cœur, les principaux composants protéiques étant enrichis dans la coque. Nous avons mis en place de l’imagerie à molécule unique, incluant l’approche Suntag pour visualiser la traduction en temps réel, et observé que la traduction a lieu dans la coque et la périphérie immédiate du granule, mais pas dans le cœur. Nous avons également suivi la localisation d’ARNs traduits séquentiellement dans les granules et montré une corrélation entre leur statut traductionnel et leur position : les ARNs en cours de traduction sont enrichis dans la coque, tandis que les ARNs réprimés s’accumulent dans le cœur. L’orientation et la compaction des ARNs dans les granules dépendent également de leur statut traductionnel : l’extrémité 5' des ARNs traduits est orientée vers la surface, et ces ARNs présentent une conformation moins compactée que les ARNs réprimés. Enfin, nous avons montré que des altérations de la structure des granules germinaux affectent fortement les niveaux de traduction des ARNs. Ces résultats révèlent l’importance de l’architecture des granules d’ARN dans l’organisation de fonctions distinctes, soulignant la compartimentation fonctionnelle des condensats RNP.

Biomolecular condensates are membrane-less compartments that allow the coordination and efficiency of biochemical reactions in the cell by concentrating substrates and enzymes in a confined space. They are formed by phase separation, a demixing process that results from multivalent interactions between proteins and nucleic acids. Among biomolecular condensates, RNA-Protein (RNP) condensates that are formed by RNAs and RNA Binding Proteins, are hubs for post-transcriptional regulation. Several types of RNP condensates are not homogeneous, but rather composed of several immiscible phases. However, how these different phases are linked to their biological functions remains a key question. Germ granules are RNP condensates essential for germ cell specification and differentiation, involved in the coordination of germ cell mRNA localization and translational regulation. They represent an outstanding model to study the relationships between the organization and functions of RNP condensates. We are using germ granules in the Drosophila embryo as a model. Using Stimulated-Emission-Depletion (STED) super-resolution microscopy, we showed that Drosophila germ granules have a biphasic organization comprising a shell and a core, with germ granule main protein components being enriched in the shell. We set up single-molecule imaging, including the Suntag approach to visualize translation taking place, and found that translation occurs in the shell and immediate periphery of the granule, but not in the core. Additionally, we followed the localization of sequentially translated mRNAs within germ granules and demonstrated a correlation between their translational status and their position. Translating mRNAs are enriched in the shell, whereas repressed mRNAs accumulate in the core. mRNA orientation and compaction within the granules also depend on their translation status: the 5'end of translated mRNAs are oriented towards the surface and these mRNAs adopt a less compacted conformation than repressed mRNAs. Finally, we found that altering germ granule structure severely affects mRNA translation levels. These findings reveal the importance of RNA granule architecture in organizing different functions, highlighting the functional compartmentalization of RNA granules.