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Éric Meyer

Mécanismes moléculaires et régulation épigénétique des réarrangements du génome chez les ciliés

Contexte

La paramécie (Paramecium tetraurelia) constitue un excellent modèle pour l’analyse des mécanismes épigénétiques de l’hérédité. Cet eucaryote unicellulaire, dont le génome a été séquencé en 2006, présente la particularité de posséder à l’intérieur d’un cytoplasme unique, un micronoyau germinal et un macronoyau somatique. Le premier assure par méiose la transmission du patrimoine génétique et le second est responsable de l’expression génique. A chaque génération sexuelle, un nouveau macronoyau somatique est produit par des réarrangements majeurs programmés de tout le génome du noyau germinal. Le développement de ce macronoyau met en jeu, outre une amplification de l’ADN, l’excision précise, au sein des gènes et régions inter géniques, de quelque 50000 courtes séquences non codantes (Internal Eliminated Sequences, IES) et l’élimination, par un mécanisme imprécis, de transposons et autres séquences répétées. L’équipe d’Eric Meyer étudie en détail ces réarrangements génomiques et en particulier : (i) les mécanismes moléculaires et les gènes impliqués dans ces processus de recombinaison ; et (ii) les mécanismes épigénétiques de reconnaissance spécifique des séquences éliminées.

Résultats marquants

L’excision précise des séquences internes (IES) est dirigée par des ARN non codants et débute par des cassures double brin (CDB) de l’ADN. Le séquençage du génome a permis l’analyse des protéines impliquées dans ce clivage. Cette équipe a montré que (i) l’enzyme PiggyMac, une transposase domestiquée de la famille piggyBac, est responsable de l’excision des IES mais aussi de l’élimination imprécise des transposons ; (ii) la réparation des CDB lors des excisions s’effectue toujours par la voie Non Homologous End-Joining (NHEJ) et implique un orthologue de la DNA-PKcs, la sous-unité catalytique de la protéine-kinase dépendante de l’ADN, une enzyme majeure de cette voie de réparation.
Chez la paramécie, la voie végétative du silencing post-transcriptionnel des gènes d’une part, et les réarrangements génomiques programmés d’autre part, sont deux phénomènes dépendants de l’homologie de séquence et qui impliquent des ARN non codants. Cette équipe a montré que ces effets font intervenir deux classes distinctes de petits ARN. Des siARN de 23nt sont accumulés lors du silencing végétatif alors que des ARN micronucléaires de 25nt (scnARN), semblables aux piRNA chez les métazoaires, sont produits de manière massive par le génome du micronoyau au cours de la méiose et sont capables d’aller cibler la délétion des séquences homologues dans le macronoyau en développement. Par ailleurs, d’autres transcrits non codants produits de manière constitutive par le macronoyau parental semblent jouer un rôle antagoniste car ils protègent les séquences homologues contre l’élimination, vraisemblablement en inactivant les scnARN de même séquence avant le développement du nouveau macronoyau.
Un autre thème de recherches porte sur l’épissage des introns chez les eucaryotes pour la production d’ARNm propres à la traduction. L’équipe a mis en évidence que les introns courts de la paramécie subissent une forte pression de sélection qui conduit à la terminaison prématurée de la traduction des ARNm en cas de rétention d’un intron. Ce phénomène est également observé pour les introns courts des plantes, champignons et animaux. Ces observations suggèrent que les cellules eucaryotes dont les génomes sont riches en introns utilisent le mécanisme de dégradation des ARNm non-sens (NMD) pour la sélection des ARNm correctement épissés, une manière de compenser la relative inefficacité/imprécision de l’épissage.

Singh DP, Saudemont B, Guglielmi G, Arnaiz O, Goût J-F, Prajer M, et al. Genome-defence small RNAs exapted for epigenetic mating-type inheritance. Nature 2014 ;509:447–52. doi:10.1038/nature13318. Selected by Faculty of 1000. /pdf

Arnaiz O, Mathy N, Baudry C, Malinsky S, Aury J-M, Denby Wilkes C, et al. The Paramecium Germline Genome Provides a Niche for Intragenic Parasitic DNA : Evolutionary Dynamics of Internal Eliminated Sequences. PLoS Genetics 2012 ;8:e1002984. doi:10.1371/journal.pgen.1002984. /pdf

Baudry C, Malinsky S, Restituito M, Kapusta A, Rosa S, Meyer E, et al. PiggyMac, a domesticated piggyBac transposase involved in programmed genome rearrangements in the ciliate Paramecium tetraurelia. Genes & Development 2009 ;23:2478–83. doi:10.1101/gad.547309. Selected by Faculty of 1000 /pdf

Jaillon O, Bouhouche K, Gout J-F, Aury J-M, Noel B, Saudemont B, et al. Translational control of intron splicing in eukaryotes. Nature 2008 ;451:359–62. doi:10.1038/nature06495. Selected by Faculty of 1000. /pdf

Aury J-M, Jaillon O, Duret L, Noel B, Jubin C, Porcel BM, et al. Global trends of whole-genome duplications revealed by the ciliate Paramecium tetraurelia. Nature 2006 ;444:171–8. doi:10.1038/nature05230. Selected by Faculty of 1000. /pdf



Paramecium tetraurelia
Paramecium tetraurelia
Paramecium cells during conjugation
Paramecium cells during conjugation
Nature Cover 22nd May 2014
Nature Cover 22nd May 2014
Stages during Autogamy of Paramecium cells / Simran Bhullar
Stages during Autogamy of Paramecium cells / Simran Bhullar