Équipe
RNARCHAEA
Responsable d’équipe : Clouet-d’Orval Béatrice
Présentation
L’équipe « Biologie de l’ARN chez les Archées» vise à identifier et caractériser les voies métaboliques de l’ARN qui sont au centre de la régulation de l’expression génétique chez les Archaea, en étroite collaboration avec des partenaires locaux, nationaux et internationaux.
Les archées, troisième domaine des organismes vivants, sont des micro-organismes captivants, omniprésents dans tous les écosystèmes. Elles ont servi de systèmes modèles pour comprendre la vie dans des conditions extrêmes et ont permis de comprendre l’évolution des processus génétiques moléculaires et des voies centrales du métabolisme cellulaire. Thermococcus barophilus et Pyrococcus abyssi sont des modèles d’étude qui se développent de manière optimale à 85°C et 90°C, respectivement, dans des conditions de laboratoire. Il s’agit de thermococcales hyperthermophiles des profondeurs, qui offrent une occasion unique d’étudier la stabilité de l’ARN, de l’ADN et des protéines à des températures qui repoussent les frontières de la vie.
Nous développons des projets de recherche fondamentale interconnectés afin d’identifier et de caractériser de nouvelles enzymes et machineries qui interviennent dans le contrôle de la qualité de l’ARN, sa stabilité et les voies de traitement de l’ARN. L’équipe se concentre sur le décryptage des fonctions des β-CASP RNases archéennes et des hélicases ARN associées, ainsi que sur l’identification des voies métaboliques de l’ARN à l’œuvre dans les cellules archéennes. À long terme, notre objectif est d’élucider la manière dont le contrôle de la qualité de l’ARN coordonne le réglage fin de l’expression des gènes.
Projet 1
Les voies de dégradation de l’ARNm et de contrôle de la qualité de l’ARN régulant l’expression des gènes au niveau post-transcriptionnel restent à être caractérisées chez les Archées. De nombreuses questions sont ouvertes quant aux rôles biologiques et à la structure des machines de dégradation de l’ARN, telles que le complexe ribonucléase/ hélicase à ARN (aRNase J /ASH-Ski2) et l’exosome à ARN qui coupe les molécules d’ARN par leurs extrémités 5′ et 3’, respectivement. Comment agissent-ils, comment reconnaissent-ils leurs cibles d’ARN et comment coordonnent-ils leurs actions ? Quelles sont les bases moléculaires de l’interaction entre les voies de dégradation de l’ARN 5′-3′ et 3′-5′ ? Existe-t-il un lien entre les voies de dégradation de l’ARN et l’appareil de traduction ? Nous proposons d’aborder ces questions cruciales en utilisant des approches de biologie moléculaire et structurale, de biochimie, de génétique, de transcriptomique et de protéomique. Le RNARCH est un projet intégré (financé par l’ANR®) qui bénéficie de l’expertise complémentaire des trois partenaires : notre équipe, l’équipe «Oncorib» dirigée par C. Plisson-Chastang (MCD, CBI, Toulouse) et l’équipe « Mécanismes de traduction » dirigée par E. Schmitt (BIOC, Ecole Polytechnique, Palaiseau), qui développent des approches technologiques de pointe et ouvrent de nouvelles perspectives sur la structure et la fonction des machines de dégradation de l’ARN. De plus, en utilisant des techniques de séquençage RNA seq de type Nanopore , nous déterminons l’impact des machines de dégradation de l’ARN sur le paysage transcriptomique chez les Thermococcales en collaboration avec l’équipe de Dina Grohmann (Institut of Microbiology & Archaea, University of Regensburg , Allemagne)
Projet 2
Le contrôle de l’intégrité et de l’expression du génome sont liés et intégrés. L’ARN et leurs enzymes de dégradation de l’ARN jouent des rôles critiques dans la réparation de l’ADN. Nous avons identifié des nucléases et des hélicases qui pourraient être impliquées dans ces processus chez les Thermococcales : la nucléase DHHS1, l’hélicase ARN ASH-Ski2 et l’hélicase ARN/ADN aLhr2. Nous souhaitons explorer les rôles de ces acteurs ARN dans la réplication et la réparation de l’ADN. Des données récentes suggèrent que ces protéines pourraient jouer un rôle dans la régulation des structures impliquant des brins d’ARN (boucles R et G-quadruplexes). Ces structures ne sont pas encore caractérisées chez les archées. Nous les cartographierons sur le génome et déterminerons comment les acteurs de l’ARN influencent leur formation (MCD Xplore 2024). Enfin, nous déterminerons l’interactome et la structure de la machinerie de dégradation de l’ARN impliquée dans ces voies afin d’obtenir une image intégrée de ces régulations. Ce projet est en collaboration avec Roxane Lestini (Ecole Polytechnique, Palaiseau)
Projet 3
Dans leur habitat naturel, les populations microbiennes, telles que les archées, les bactéries ou les levures, vivent rarement dans des environnements propices à une croissance exponentielle de longue durée. Leurs cellules entrent dans un état stationnaire en réponse à différents types de stress (carence, température, densité cellulaire ou produits toxiques), afin de pouvoir persister dans des conditions défavorables pendant des périodes de temps indéfinies. Pour cela, les cellules doivent reprogrammer l’expression de leurs gènes et modifier leur métabolisme. Notre objectif est d’explorer la reprogrammation qui se produit dans les cellules archées hyperthermophiles lors de l’entrée dans l’état stationnaire, aux niveaux transcriptionnel et posttranscriptionnel. Tout d’abord, nous décrirons les processus qui incitent collectivement les cellules à entrer dans un état stationnaire. Ensuite, nous étudierons comment les acteurs de l’ARN influencent les processus moléculaires qui poussent les cellules à entrer dans un état stationnaire. Ce projet est en collaborations avec les équipes de Yann Moalic – ISEN, Yncréa, (Brest, France), Mohamed Jebbar & Remi Dulermo – (BEEP, Brest, France ) et Anaïs Cario & Samuel Marre – (ICMCB, Bordeaux, France)
– Aktary Z., Cucchiarini A., Vesco G., Noury D., Jourdain T., Verga D., Mahou P., Olivier N., Valková N., Porubiaková O., Brázda V., Bouvier M., Kwapisz M., Clouet-d’Orval B., Allers T., Lestini R., Mergny JL., Guittat L. (2024) G-quadruplexes in Haloferax volcanii. bioRxiv 2024.01.16.575881; doi: https://doi.org/10.1101/2024.01.16.575881.
– Batista M, Langendijk-Genevaux P., Hajj M., Phung D.K., Plassart L., Canal I., Capeyrou R., Lefort G, Moisan A, Gaspin C., Kwapisz K., Flament D., Dulermo R., Laurent S., Fichant G., Bouvier M., & Clouet-d’Orval B. * (2024) Novel Insights into the functions of the Ski2-like helicase family in Archaea: Evolution, enzymatic activities and biological functions of euryarchaeal ASH-Ski2. NAR genomics & Informatics Mar 18;6(1)doi: 10.1093/nargab/lqae026.
– Hadjeras L, Bouvier M, Canal I, Poljak L, Morin-Ogier Q, Froment C, Burlet-Schlitz O, Hamouche L, Girbal L, Cocaign-Bousquet M, Carpousis A.J. Attachment of the RNA degradosome to the inner cytoplasmic membrane of Escherichia coli prevents wasteful degradation of rRNA intermediates in ribosome assembly. (2023) PLoS Biol. Jan 5;21(1):e3001942. doi: 10.1371/journal.pbio.3001942.
– Hogrel G, Marino-Puertas L, Laurent S, Ibrahim, Coves J, Girard E, Gabel F, Fenel D, Daugeron MC, Clouet-d’Orval, B, Basta T, Flament D, Franzetti B (2022) Characterization of a small tRNA-binding protein that interacts with the archaeal proteasome complex Mol Microbiology DOI: 10.1111/mmi.14948
– * Hajj M., Langendijk-Genevaux P. , Batista M., Quentin Y., Laurent S. , Capeyrou R., Abdel-Razzak Z, Flament D., Chamieh H., Fichant G., Clouet-d’Orval B.* & Bouvier M (2021). Phylogenetic Diversity of Lhr Proteins and Biochemical Activities of the Thermococcales aLhr2 DNA/RNA Helicase. Biomolecules, 11, 950. https://doi.org/10.3390/biom11070950
– Lesage E., Perez-Fernandez J., Queille S., Dez C., Gadal O. & Kwapisz M. (2021) Non-Coding, RNAPII-Dependent Transcription at the Promoters of rRNA Genes Regulates Their Chromatin State in S. cerevisiae. Non-Coding RNA, MDPI , 7 (3).
– * Phung DK, Etienne C., Batista M, Langendijk-Genevaux P., Moalic Y., Laurent S., Morales V., Jebbar M., Fichant G., Bouvier M., Flament D., & Clouet-d’Orval B.* (2020) RNA processing machineries in Archaea: the 5’-3’exoribonuclease aRNase J of the β-CASP family is engaged specifically with the helicase ASH-Ski2 and the 3’-5’exoribonucleolytic RNA exosome machinery. Nucleic Acids Res. Apr 17;48(7):3832-3847. doi: 10.1093/nar/gkaa052.
– Darrière T., Pilsl M., Sarthou MK., Chauvier A., Genty T., Audibert S., Dez C., Léger- Silvestre I., Normand C., Henras AK., Kwapisz M., Calvo O., Fernández-Tornero C., Tschochner H., Gadal O. (2019) Genetic analyses led to the discovery of a super-active mutant of the RNA polymerase I. PLoS Genet. May 28;15(5).
– Hadjeras L, Poljak L, Bouvier M, Morin-Ogier Q, Canal I, Cocaign-Bousquet M, Girbal L, Carpousis AJ. Detachment of the RNA degradosome from the inner membrane of Escherichia coli results in a global slowdown of mRNA degradation, proteolysis of RNase E and increased turnover of ribosome-free transcripts. (2019) Mol Microbiol. Jun;111(6):1715-1731. doi: 10.1111/mmi.14248
– Hogrel G., Lu Y., Laurent S., Henry E., Etienne C., Phung DK., Dulermo R., Bossé A., Pluchon PF., Clouet-d’Orval B., Flament D.# (2018) Physical and functional interplay between PCNA DNA clamp and Mre11–Rad50 complex from the archaeon Pyrococcus furiosus Nucleic Acids Research, vol 46 pp 5651-5663-doi: 10.1093/nar/gky322
Reviews & Book chapters & Methods
– Batista M, Clouet-d’Orval B , Bouvier M (2024) Les archées, micro-organismes du troisième domaine du vivant 2 : Chap 4 pp 81-118 Les classes d’ARN et leurs enzymes de maturation et de dégradation DOI : 10.51926/ISTE.9169.ch4
– Kwapisz M., Morillon A. (2020) Subtelomeric Transcription and its Regulation. Journal of Molecular Biology, Elsevier, 2020, 432 (15).
– Hajj M., El-Hamaoui, S. Batista M., Bouvier M., Abdel-Razzak, Z, Clouet-D’Orval, B., and Chamieh, H¶. (2019) Archaeal SF1 and SF2 helicases: Unwinding in the extreme Chap 1 pp 1-17 Helicases from all domains of life, edited by Dr. Tutejah, Acadamic Press Elsevier, ISBN: 978-0-12-814685-9,
– Clouet-d’Orval B *, Batista M., Bouvier M., Quentin Y., Fichant G., Marchfelder A. &. Maier L. (2018) Insights into RNA processing pathways and associated-RNA degrading enzymes in Archaea, FEMS Microbiology Reviews, 42(5):579-613. doi: 10.1093/femsre/fuy016
– Laguerre S, González I, Nouaille S, Moisan A, Villa-Vialaneix N, Gaspin C, Bouvier M, Carpousis AJ, Cocaign-Bousquet M, Girbal L. (2018) Large-Scale Measurement of mRNA Degradation in Escherichia coli: To Delay or Not to Delay. Methods Enzymol.; 612:47-66. doi: 10.1016/bs.mie.2018.07.003.
Book Guest Editor
– Clouet-D’Orval, B – 2024 Guest Editor for ISTE Group- Encyclopédie Sciences “Les Archées, micro-organismes du troisième domaine du vivant” Vol1 Découverte, évolution et diversité des archées ISBN ebook : 9781789491685/ Vol 2 Biologie moléculaire des archées, de la maintenance des génomes à la régulation de l’expression des gènes ISBN ebook : 9781789491692
– Clouet-D’Orval, B – 2017 Guest Editor for NAMB-series Book “RNA metabolism and gene expression in Archaea” Nucleic Acids and Molecular Biology, 32( Springer International Publishing (A.W. Nicholson)- doi 10.1007/978-3-319-65795-0
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