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Etude de la dynamique d'un réseau de régulation génétique controlé par des riboswitches.

Unité de Recherche

UPR 9002 - Architecture et réactivité de l'ARN (IBMC)
15, rue Rene Descartes 67084 - Strasbourg Cedex

Équipe

Nom : Biophysique et Biologie Structurale

Responsable : DUMAS Philippe - d.dumas@ibmc-cnrs.unistra.fr

Téléphone du responsable : 03 88 41 70 02

Site web : Accéder au site

Composition de l'équipe :
- Chercheurs : 4
- ITA : 2
- Doctorants : 2
- Post-Docs : 0
- Autres : 1

Publications majeures de l'équipe relatives au sujet au cours des 3 dernières années (le cas échéant, 3 publications récentes du DT) :
1) KinITC: a new method for obtaining joint thermodynamic and kinetic data by isothermal titration calorimetry.
Burnouf D, Ennifar E, Guedich S, Puffer B, Hoffmann G, Bec G, Disdier
F, Baltzinger M, Dumas P. (2012)
J Am Chem Soc., 134(1):559-65.


2) Regulation mechanisms and temperature dependence of TPP riboswitches
Guedich S, Puffer B, Hoffmann G, Jossinet F, Baltzinger M, Thore S, Ennifar E, Dumas P and Burnouf D.
soumis à Nucleic Acids Research.
3)

Concernant la thèse

Directeur de Thèse : BURNOUF Dominique - d.burnouf@ibmc-cnrs.unistra.fr

Téléphone : 03 88 41 70 02

Co-encadrant : non

Co-tutelle : non

Co-Directeur : non

Concernant le sujet proposé :

Titre : Etude de la dynamique d'un réseau de régulation génétique controlé par des riboswitches.

Projet : L'ARN est un acteur-clé des processus de régulation chez tous les organismes, particulièrement pour ce qui concerne l'expression des gènes. Les riboswitch représentent une classe d'ARN non codants, modulaires et dynamiques, qui régulent cette expression essentiellement chez les bactéries (où une vingtaine de classes différentes ont été identifiées, liant chacune un ligand spécifique), mais aussi chez les eucaryotes, où une seule classe à été identifiée jusqu'à présent, qui contrôle la chaine de biosynthèse de la thiamine pyrophosphate (TPP). Au delà de l'analyse du contrôle de l'expression des gènes, les riboswitch sont des molécules modèles pour étudier le repliement et la plasticité de l'ARN, ainsi que, à un niveau d'intégration supérieur, le fonctionnement de réseaux de régulation.

       Nous avons récemment caractérisé le mécanisme cinétique complet qui décrit l'interaction de deux riboswitch homologues d'E.coli (thiC et thiM) avec le TPP. Ces riboswitch contrôlent deux des trois opérons du réseau de régulation de l'expression des gènes impliqués dans la voie de biosynthèse du TPP chez cette bactérie, respectivement au niveau transcriptionnel et traductionnel. Pour cette étude, nous avons développé une nouvelle méthode d'analyse de données issues d'expériences de calorimétrie par titration isotherme (ITC), qui permet de déterminer les paramètres thermodynamiques mais aussi cinétiques caractéristiques d'une interaction moléculaire (Burnouf et al, 2012, JACS, 134, 559). Nos résultats montrent que les caractéristiques cinétiques et thermodynamiques de ces riborégulateurs homologues sont différentes. Ceci pose la question de l'intégration de différents signaux, avec des dynamiques et des amplitudes différentes, au sein d'un réseau de régulation, pour produire une réponse intégrée qui assure in fine l'homéostasie cellulaire du produit de la chaine de biosynthèse (TPP).

       Le sujet de thèse proposé vise à comprendre comment fonctionne in vivo un tel réseau de régulation bactérien, contrôlé par plusieurs riboswitch ayant des propriétés dynamiques différentes. Outre l'analyse fine des mécanismes de régulation induits par les riboswitch, l'impact de ce sujet s'étend en amont à la dynamique de l'ARN et en aval vers la biologie synthétique et les biotechnologies. L'approche expérimentale consiste dans un premier temps a caractériser le fonctionnement du réseau de régulation naturel chez E.coli, en quantifiant, pour différentes conditions de culture et d'induction, les mARN, protéines, substrats et produits de la voie de biosynthèse, par des techniques comme QRT-PCR, dPCR, RNAseq, RNA-chips et spectrométrie de masse (EC-MS²). Ces données seront intégrées dans une simulation numérique dynamique du réseau. L'approche repose sur un dialogue permanent entre l'analyse biologique qui fournit les données quantitatives et la modélisation in silico qui permet l'intégration de ces données dans un modèle de régulation, et qui propose en retour des hypothèses à tester, afin de décrire au plus près le réseau naturel. Dans un second temps, le réseau naturel bactérien sera modifié par génie génétique au niveau de ces éléments régulateurs (délétion, échange d'aptamère ou de riboswitch entier ...) et le fonctionnement de la voie de biosynthèse modifiée des variants bactériens obtenus sera analysée selon le même protocole. En perturbant ainsi le réseau naturel, il sera possible d'identifier les noeuds les plus importants pour son fonctionnement, mais aussi d'évaluer la contribution de chaque élément régulateur en fonction de ses caractéristiques dynamiques et de sa place dans le réseau.

Compétences souhaitées : Intérêt pour le sujet,enthousiasme curiosité et motivation,connaissances de base en biologie moléculaire, microbiologie, biochimie, biophysique, compétence en programmation appréciées, compréhension de l'anglais écrit

Expertises qui seront acquises au cours de la formation : Biologie moléculaire de l'ADN et de l'ARN, biophysique (cristallographie, ITC,SPR, cinétique rapide, modélisation structurale et dynamique), programmation et simulation numérique.