Thèse l'Épitranscriptome du Ribosome et son Impact sur la Traduction chez Arabidopsis Thaliana H/F

Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université de Perpignan Via Domitia
École doctorale : Energie et Environnement
Laboratoire de recherche : Laboratoire Génome et Développement des Plantes
Direction de la thèse : Julio SAEZ-VASQUEZ ORCID 0000000227177995
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-06-08T23:59:59

Pour grandir (croitre) et se développer, tous les organismes eucaryotes doivent synthétiser des protéines spécifiques à des moments précis et dans des cellules particulières. Chez les plantes, des organismes sessiles, la régulation de la synthèse et de l'activité des protéines constitue l'une des principales stratégies leur permettant de répondre aux changements des conditions environnementales. Dans des conditions défavorables, de nombreuses protéines ayant des rôles catalytiques, structurels et/ou fonctionnels sont souvent altérées. Par conséquent, les plantes doivent reprogrammer l'expression des gènes afin d'augmenter ou d'induire la synthèse de protéines spécifiques pour protéger et/ou maintenir les fonctions cellulaires essentielles. La synthèse de protéines se déroule dans les ribosomes. Comprendre comment les ribosomes sont affectés ou régulés présente un intérêt majeur pour la sélection et/ou l'amélioration des plantes cultivées, afin de leur permettre de mieux faire face aux contraintes environnementales et au changement climatique.

Au coeur de la synthèse et du fonctionnement des ribosomes se trouve l'ARN ribosomique (ARNr). Les ARNr sont produits par deux ARN polymérases : l'ARN Pol I, qui synthétise les ARNr 18S, 5,8S et 25S, et l'ARN Pol III, qui produit l'ARNr 5S. Les ARNr 25S, 5,8S et 5S forment la grande sous-unité ribosomique 60S, qui agit comme un ribozyme et catalyse la formation des liaisons peptidiques lors de la synthèse des protéines. L'ARNr 18S forme la petite sous-unité ribosomique 40S, qui contient le centre de décodage. Il est important de noter que, dans toutes les cellules eucaryotes, les ARNr subissent des modifications nucléotidiques telles que la méthylation. Ces modifications des ARNr sont nécessaires à la stabilité de la structure du ribosome ainsi qu'à la fidélité et à l'ajustement de la traduction. La méthylation des ARNr est aussi essentielle pour la croissance et le développement cellulaire, mais aussi pour la réponse des organismes aux conditions environnementales.

Parmi les méthylations des ARNr, on trouve des modifications spécifiques de type 2-O-Me. Ces modifications se produisent durant la transcription et sont guidées par de petits ARN nucléolaires à boîte C/D (snoARN), qui s'associent à des protéines spécifiques pour former des complexes ribonucléoprotéiques nucléolaires (snoRNP) capables de catalyser la méthylation à des sites spécifiques (Nm). Nous avons cartographié tous les sites Nm des ARNr chez la plante A. thaliana. Cette analyse a permis de détecter des sites Nm conservés (chez la levure et/ou les mammifères) ainsi que des sites spécifiques aux plantes. Notamment, quelques Nm sont dits « orphelins » car ils ne possèdent pas de snoARN guide correspondant. Cela suggère que ces sites Nm orphelins sont méthylés par une enzyme spécifique ou par des mécanismes de méthylation encore inconnus. Nous avons également montré l'existence de sites Nm différentiellement méthylés chez des mutants de plantes dépourvus de la protéine NUC1, requise pour la biogenèse des ribosomes, ainsi que durant le développement des plantules. L'ensemble de ces observations suggèrent que la 2-O-Me des ARNr pourrait, dans certaines conditions, générer des « ribosomes spécialisés ».

Le travail de thèse proposé vise à caractériser les mécanismes contrôlant la 2-O-Me, ainsi que la coordination entre différentes modifications des ARNr (par exemple m5C, m6,6A, pseudouridylation), à la fois dans des conditions normales de croissance et de développement des plantes et en réponse à des stress abiotiques. L'activité RMTase (RNA Methyl Transferase) nécessaire à la 2-O-Me des sites orphelins sera également étudiée. Au cours de ce stage, l'étudiant(e) réalisera des expériences classiques de génétique, de biochimie, de biologie moléculaire et de microscopie confocale. Il ou elle effectuera également des analyses de séquences d'ARN, de protéines et de modifications épitranscriptiomiques.

Ce projet de thèse s'inscrit dans la continuité des projets ANR RiboStress and MetRibo et des thèses réalisées au sein de l'équipe « Nucléole». Les financements acquis et les résultats obtenus pendant ces travaux assurent une assise solide au développement du sujet proposé.
Au sein du LGDP, l'équipe « Nucléole » focalise se recherches sur l'expression des ADNr et l'assemblage et fonction des ribosomes lors du développement et en réponse aux stress chez les plantes.

Les gènes d'ARN ribosomiques 45S (ADNr 45S), sont particulièrement bien connus pour leur rôle dans la biogenèse des ribosomes et par conséquent, dans la croissance et le développement des plantes. Dans toutes les cellules eucaryotes, les ARNr sont sujets à des modifications nucléotidiques. En particulier, lors de la transcription, les ARNr sont méthyles à des sites spécifiques. Ces méthylations co-transcriptionnelles de l'ARNr sont nécessaires à la stabilité de la structure du ribosome ainsi qu'à la fidélité et au réglage de la traduction. Chez la plante modèle Arabidopsis thaliana, nous avons observé au laboratoire des changements dans la méthylation des ARN ribosomiques lors du développement de la plante et en réponse au stress thermique. Ces modifications de l'ARNr et en conséquence des ribosomes pourraient ainsi générer une hétérogénéité structurale et/ou fonctionnelle

Identification et caractérisation des activités de méthylation des ARNr et étude de leur impact sur l'assemblage et l'activité de traduction des ribosomes au cours du développement et en conditions de stress.

L'étudiant utilisera la plante modèle Arabidopsis thaliana. L'équipe dispose d'une collection de plantes mutantes pour les gènes impliqués dans la biogénèse de ribosomes (RBF) et des plantes qui expriment ces RBF avec une séquence tag (Flag :HA et/ou GFP). Ces dernières seront utilisées d'une part pour étudier le niveau d'expression protéique et la localisation subcellulaire des RBF spécifiques. Les lignées taguées seront, d'autre part, utilisées pour réaliser des expériences d'inmunoprecipitation destinées à permettre l'identification des ARN et/ou des protéines associées. Ce projet de recherche est multidisciplinaire et il est ainsi prévu l'identification des protéines par spectrométrie de masse (LC-MS/MS), la purification des protéines par chromatographie (FPLC), l'identification des ARN par séquençage massif (RNAseq), des études immunocytologiques pour la localisation des protéines. Le projet fait appel à des techniques classiques pour l'analyse des acides nucléiques (PCR, RT-PCR, Primer extension, clonage et séquençage....) et des protéines (Western blot). La plupart des outils moléculaires et méthodologies proposés dans ce projet de thèse sont déjà disponibles et maitrisées au laboratoire. Enfin, des analyses de méthylation des ARNr et de protéomique quantitative seront, comme cela est déjà le cas, assurées par des collaborations via des projets ANRs.