PIGGYPACK — Domestication de transposases et épigénétique: Impact sur la dynamique des génomes

Les transposons sont mobilisés par leur transposase, qui reconnaît spécifiquement des séquences en répétition inverse (TIR) aux extrémités du transposon à partir duquel elle est produite, et catalyse des réactions de coupure et de transfert de brins d’ADN. Des transposases domestiquées, qui ne sont plus codées par des éléments mobiles, ont été identifiées dans de nombreux génomes mais leur fonction demeure mal connue. L’exemple le mieux étudié est RAG1, qui initie la recombinaison des gènes d’immunoglobulines dans les lymphocytes, en coupant spécifiquement des séquences d’ADN homologues aux TIR de son transposon ancestral. D’autres exemples de réarrangements génomiques programmés (RGP) ont été décrits chez divers organismes et une hypothèse particulièrement séduisante pourrait être que ces réarrangements soient catalysés par des transposases domestiquées. La paramécie est un modèle extraordinaire pour étudier le rôle de transposases domestiquées dans les RGP. En effet, cet eucaryote unicellulaire cilié réarrange entièrement son génome somatique à chaque cycle sexuel. La paramécie abrite deux noyaux différents dans son cytoplasme. Le micronoyau diploïde (MIC) renferme le génome germinal transmis à la descendance à chaque cycle sexuel. Le macronoyau somatique (MAC), siège de l’expression des gènes, contient une version réarrangée du génome germinal. A chaque cycle sexuel, le MAC est détruit et un nouveau MAC se développe à partir d’une copie du MIC. Pendant le développement du MAC, deux types de séquences germinales sont éliminées : (i) l’élimination d’ADN répété est associée à la fragmentation des chromosomes, et (ii) environ 45 000 courtes séquences non codantes (IES, Internal Eliminated Sequences) sont excisées de façon précise pour reconstituer les phases ouvertes de lecture. L’excision des IES dépend de cassures double-brin introduites par PiggyMac (Pgm), une transposase domestiquée de la famille PiggyBac. La participation d’une transposase PiggyBac domestiquée dans les RGP chez la paramécie demeure un mystère, car les IES ne sont pas apparentées à des transposons piggyBac et ne portent pas de TIR reconnaissable de façon séquence-spécifique par Pgm. Notre objectif est de comprendre comment les coupures dépendantes de Pgm sont ciblées au niveau des bornes des IES. Nous savons que des ARN non-codants interviennent dans la comparaison globale des génomes MIC et MAC parentaux et guident les réarrangements dans le nouveau MAC, probablement via le dépôt de marques hétérochromatiniennes. Cependant, l’excision de seulement une partie des IES est soumise à ce contrôle épigénétique. Par ailleurs, nous avons découvert récemment neuf autres transposases domestiquées chez la paramécie, dont certaines, bien qu’apparemment inactives pour la coupure, sont essentielles pour l’excision des IES et interagissent avec Pgm in vitro. Dans ce projet, nous examinerons deux hypothèses non-exclusives qui pourraient expliquer comment Pgm reconnaît toutes les IES et les excise précisément : (i) Pgm pourrait s’associer avec des partenaires pour former différents complexes spécifiques de classes distinctes d’IES ; (ii) Pgm pourrait être guidée vers ses cibles grâce à la reconnaissance de modifications alternatives de la chromatine ou via des ARN « guides » qui restent à identifier. Notre projet pluridisciplinaire vise à (i) caractériser les partenaires de Pgm ; (ii) disséquer leur rôle dans l’excision des IES par des approches in vivo et in vitro combinées à des analyses génomiques à grande échelle ; et (iii) déterminer les bases structurales de l’interaction du (des) complexe(s) associé(s) à Pgm avec les histones modifiées. Notre réussite reposera sur la formation d’un consortium de quatre équipes possédant des expertises complémentaires en génétique moléculaire et cellulaire de la paramécie, en biochimie, dans l’analyse bioinformatique de données de séquençage à grande échelle et dans l’analyse structurale par RMN des interactions protéine-protéine.