CGM - Département Dynamique et Stabilité des Génomes
Réarrangements programmés du génome
Mécanismes et régulation : plus sur l'équipe
Responsable : Mireille BÉTERMIER
30/06/11
Thèmes scientifiques
Des événements d’élimination de séquences d’ADN, survenant pendant le développement ou la différenciation cellulaire, ont été décrits chez de nombreux organismes et sont parfois impliqués dans l’assemblage de cadres ouverts de lecture. C’est le cas par exemple pour le gène codant le facteur de transcription sK spécifique de la sporulation chez la bactérie Bacillus subtilis ou, chez les vertébrés, pour les gènes des récepteurs des lymphocytes T ou des immunoglobulines.
De façon remarquable, chez les ciliés c’est l’ensemble du génome germinal qui est réarrangé lors d'un phénomène de différenciation nucléaire programmé survenant à chaque cycle sexuel. Ce système repose sur l’existence, chez ces eucaryotes unicellulaires, d’un dimorphisme nucléaire entraînant la séparation des fonctions germinales et somatiques entre les deux types de noyaux qui coexistent dans le cytoplasme (figure 1). Les micronoyaux (mic) ne sont pas transcrits pendant la croissance végétative mais ils sont essentiels car, à chaque cycle sexuel, ils subissent la méiose et transmettent le génome germinal au noyau zygotique de la génération suivante. Le macronoyau (MAC) est le siège de la transcription génique et joue le rôle de noyau somatique. A chaque cycle sexuel, il est en effet détruit et, de manière concomitante, de nouveaux macronoyaux se différencient à partir de produits de mitose du noyau zygotique.
Pendant le développement macronucléaire, le génome germinal est entièrement réorganisé pour aboutir au génome du macronoyau mature (figure 2). Ce processus fait intervenir une forte amplification de l’ADN pour passer d’un état diploïde (noyau germinal) à fortement polyploïde (800 à 1000n dans le macronoyau de la paramécie). Chez Paramecium tetraurelia, qui constitue le modèle d’étude de l’équipe, le génome du macronoyau en développement subit pendant cette période deux types de réarrangements, reproductibles d’une génération à l’autre. D’une part, des séquences répétées (transposons ou minisatellites) sont éliminées de façon imprécise, en association avec la fragmentation des chromosomes. D’autre part, environ 60 000 courtes séquences, les IES (Internal Eliminated Sequences), présentes chacune en copie unique dans le génome germinal, sont excisées précisément au nucléotide près : leur excision permet la reconstitution de cadres ouverts de lecture fonctionnels et fait intervenir des cassures double-brin de l’ADN à leurs bornes.
Le principal objectif de l’équipe est d’étudier les mécanismes moléculaires impliqués dans l’excision des IES et responsables plus particulièrement de sa grande précision. Pour répondre à ces questions, nous proposons deux axes de recherche : (i) la caractérisation moléculaire des produits intermédiaires de la réaction et (ii) la recherche des partenaires protéiques impliqués dans les étapes de clivage des bornes des IES et de réparation des sites d’excision sur les chromosomes.
Le projet s’appuie sur l’utilisation d’outils performants d’inactivation de gènes par ARN interférence et bénéficiera directement des retombées du séquençage du génome macronucléaire de P. tetraurelia, récemment achevé par le Génoscope en collaboration avec un consortium de laboratoires français.
Collaborations
J. Cohen (CGM, Gif-sur-Yvette)
L. Duret (IPBL, Lyon, France)
J. Forney (Purdue Univ. West Lafayette, Indiana, USA)
R. Gromadka, M. Zagulski (IBB, Warsaw, Poland)
E. Meyer (ENS, Paris, France)
Financements
Ligue contre le Cancer – Comité de Paris (2006)
CNRS – Programme ATIP Génétique (2006-2009)
Publications de Mireille Bétermier
Kapusta, A., Matsuda, A., Marmignon, A., Ku, M., Silve, A., Meyer, E., Forney, JD., Malinsky, S., Bétermier, M. (2011) Highly Precise and Developmentally Programmed Genome Assembly in Paramecium Requires Ligase IV-Dependent End Joining. PLoS Genet, 7 (4) :e1002049.
Nowak, J. K., Gromadka, R., Juszczuk, M., Jerka-Dziadosz, M., Maliszewska, K., Mucchielli, M. H., Gout, J. F., Arnaiz, O., Agier, N., Tang, T., Aggerbeck, L. P., Cohen, J., Delacroix, H., Sperling, L., Herbert, C. J., Zagulski, M., Betermier, M. (2011) A functional study of genes essential for autogamy and nuclear reorganization in Paramecium. Eukaryot Cell, 10 (3) 363-72.
Bouhouche, K., Gout, J-F., Kapusta, A., Bétermier, M., Meyer, E. (2011) Functional specialization of Piwi proteins in Paramecium tetraurelia from post-transcriptional gene silencing to genome remodelling. Nucleic Acids Res,39 (10) 4249-4264.
Arnaiz, O., Gout, J-F., Bétermier, M., Bouhouche, K., Cohen, J., Duret, L., Kapusta, A., Meyer, E. and Sperling, L. (2010) Gene expression in a paleopolyploid: a transcriptome resource for the ciliate Paramecium tetraurelia. BMC Genomics, 11:547.
Beisson, J., Bétermier, M., Bré, M.-H., Cohen, J., Duharcourt , S., Duret, L., Kung, C., Malinsky, S., Meyer, E., Preer, J.-R. and Sperling, L. (2010) Paramecium tetraurelia: The Renaissance of an Early Unicellular Model. CSH Protoc, 2010 (1) pdb.emo140.
Complements to this publication may be found at the following URL: http://paramecium.cgm.cnrs-gif.fr/parawiki/Protocols
Baudry, C., Malinsky, S., Restituito, M., Kapusta, A., Rosa, S., Meyer and E., Bétermier, M. (2009). PiggyMac, a domesticated piggyBac transposase involved in programmed genome rearrangements in the ciliate Paramecium tetraurelia. Genes & Dev, 23 (21) 2478-83.
Lepère, G., Bétermier, M., Meyer, E. and Duharcourt, S. (2008) Maternal noncoding transcripts antagonize the targeting of DNA elimination by scanRNAs in Paramecium tetraurelia. Genes Dev, 22 (11) 1501-12.
Gratias, A., Lepère, G., Garnier, O., Rosa, S., Duharcourt, S., Malinsky, S., Meyer, E. and Bétermier, M. (2008) Developmentally programmed DNA splicing in Paramecium reveals short-distance crosstalk between DNA cleavage sites. Nucleic Acids Res, 36 (10) 3244-51.
Duret, L., Cohen, J., Jubin, C., Dessen, P., Gout, J., Mousset, S., Aury, J., Jaillon, O., Noel, B., Arnaiz, O., Betermier, M., Wincker, P., Meyer, E. and Sperling, L. (2008) Analysis of sequence variability in the macronuclear DNA of Paramecium tetraurelia: a somatic view of the germ line. Genome Res, 18 (4) 585-96.
Jaillon, O., Bouhouche, K., Gout, J., Aury, J., Noel, B., Saudemont, B., Nowacki, M., Serrano, V., Porcel, B., Ségurens, B., Le Mouël, A., Lepère, G., Schächter, V., Bétermier, M., Cohen, J., Wincker, P., Sperling, L., Duret, L. and Meyer, E. (2008) Translational control of intron splicing in eukaryotes. Nature, 451 (7176) 359-62.
Aury, J-M., Jaillon, O., Duret, L., Noel, B., Jubin, C., Porcel, BM., Ségurens, B., Daubin, V., Anthouard, V., Aiach, N., Arnaiz, O., Billaut, A., Beisson, J., Blanc, I., Bouhouche, K., Câmara, F., Duharcourt, S., Guigo, R., Gogendeau, D., Katinka, M., Keller, A-M., Kissmehl, R., Klotz, C., Koll, F., Le Mouël, A., Lepère, G., Malinsky, S., Nowacki, M., Nowak, J-K., Plattner, H., Poulain, J., Ruiz, F., Serrano, V., Zagulski, M., Dessen, P., Bétermier, M., Weissenbach, J., Scarpelli, C., Schächter, V., Sperling, L., Meyer, E., Cohen, J., & Wincker, P. (2006) Global trends of whole-genome duplications revealed by the ciliate Paramecium tetraurelia. Nature, 2006 Nov 9;444(7116):171-178. Epub 2006 Nov 1.
Bétermier, M. (2004). Large-scale genome remodelling by the developmentally programmed elimination of germ line sequences in the ciliate Paramecium. Res. Microbiol. 155 : 399-408.
Gratias, A., Bétermier, M. (2003). Processing of double-strand breaks is involved in the precise excision of Paramecium IESs. Mol. Cell. Biol. 23 : 7152-7162.
Dessen, P., Zagulski, M., Gromadka, R., Plattner, H., Kissmehl, R., Meyer, E., Bétermier, M., Schultz, J.E., Linder, J.U., Pearlman, R.E., Kung, C., Forney, J., Satir, B., van Houten, J.L., Keller, A.M., Froissard, M., Sperling, L., Cohen, J. (2001). Paramecium genome survey : a pilot project. Trends Genet. 17 : 306-308.
Gratias, A., Bétermier, M. (2001). Developmentally programmed excision of internal DNA sequences in Paramecium aurelia. Biochimie. 83 : 1009-1022.
Bétermier, M., Duharcourt, S., Seitz, H., Meyer, E. (2000) Timing of developmentally programmed excision and circularization of Paramecium internal eliminated sequences. Mol. Cell. Biol. 20 : 1553-1561.
Haren, L., Bétermier, M., Polard, P., Chandler, M. (1997) IS911-mediated intramolecular transposition is naturally temperature-sensitive. Mol. Microbiol. 25 : 531-540.
Ton-Hoang, B., Bétermier, M., Polard, P., Chandler, M. (1997) Assembly of a strong promoter following IS911 circularization and the role of circles in transposition. EMBO J. 16 : 3357-3371. .
Polard, P., Ton-Hoang, B., Haren, L., Bétermier, M., Walczak, R., Chandler, M. (1996) IS911-mediated transpositional recombination in vitro. J. Mol. Biol. 264 : 68-81. .
Rousseau, P., Bétermier, M., Chandler, M., Alazard, R. (1996) Interactions between the repressor and the early operator region of bacteriophage Mu. J. Biol. Chem. 271 : 9739-9745 .
Bétermier, M., Rousseau, P., Alazard, R., Chandler, M. (1995) Mutual stabilisation of bacteriophage Mu repressor and histone-like proteins in a nucleoprotein structure. J. Mol. Biol. 249 : 332-341 .
Bétermier, M., Galas, D.J., Chandler, M. (1994) Interaction of FIS protein with DNA : Bending and specificity of binding. Biochimie 76 : 958-967. Bétermier, M ., Poquet, I., Alazard, R., Chandler, M. (1993) Involvement of Escherichia coli FIS protein in maintenance of bacteriophage Mu lysogeny by the repressor : control of early transcription and inhibition of transposition. J. Bacteriol. 175 : 3798-3811 .
Alazard, R., Bétermier, M., Chandler, M. (1992) Escherichia coli integration host factor stabilizes bacteriophage Mu repressor interactions with operator DNA in vitro. Mol. Microbiol. 6: 1707-1714 .
Bétermier, M., Lefrère, V., Koch, C., Alazard, R., Chandler, M. (1989) The Escherichia coli protein, Fis : specific binding to the ends of phage Mu DNA and modulation of phage growth. Mol. Microbiol. 3 : 459-468.
Sautereau, A.M., Bétermier, M., Altibelli, A., Tocanne, J.F. (1989) Adsorption of the cationic antitumoral drug celiptium to phosphatidylglycerol in membrane model systems. Effect on membrane electrical properties. Biochim. Biophys. Act. 978 : 276-282.
Bétermier, M., Alazard, R., Lefrère, V., Chandler, M. (1989) Functional domains of bacteriophage Mu transposase : properties of C-terminal deletions. Mol. Microbiol. 3 : 1159-1171.
Bétermier, M., Alazard, R., Ragueh, F., Roulet, E., Toussaint, A., Chandler, M. (1987) Phage Mu transposase : deletion of the carboxy-terminal end does not abolish DNA-binding activity. Mol. Gen. Genet. 210 : 77-85.
Colleaux, L., d’Auriol, L., Bétermier, M., Cottarel, G., Jacquier, A., Galibert, F., Dujon, B. (1986) Universal code equivalent of a yeast mitochondrial intron reading frame is expressed into E. coli as a specific double strand endonuclease. Cell 44 : 521-533.
Dujon, B., Cottarel, G., Colleaux, L., Bétermier, M., Jacquier, A., d’Auriol, L., Galibert, F. (1985). Mechanism of integration of an intron within a mitochondrial gene : a double strand break and the transposase function of an intron encoded protein as revealed by in vivo and in vitro assays. In « Achievements and perspectives of mitochondrial research. Volume II : Biogenesis », E. Quagliariello et al., eds. Elsevier and Science Publishers. p. 215-225.
