Projets de recherche aux études supérieures

Régulation de l'expression génique (III)

Le rôle de la séparation de phases dans la transition de l’ARN polymérase II de l’initiation à l’élongation

Résumé du projet

La cartographie à haute résolution de l’ARN polymérase II (RNAPII) chez la levure à l’aide du Native Elongating Transcript (NET-seq) a révélé des pauses fréquentes dans l’extrémité 5’ des gènes (Churchman et Weissman, 2011). Plus récemment, nous avons découvert que ces pauses sont considérablement réduites lorsque le domaine C-terminal (CTD) de RNAPII est muté pour remplacer ses tyrosines par des phénylalanines (Collin et al., 2019). Puisque le CTD est bien connu pour recruter différents facteurs d’élongation, nous avons ensuite effectué une analyse protéomique de ce mutant RNAPII-Y1F mais n’avons trouvé aucun interacteur dépendant de la tyrosine susceptible d’expliquer la perte du phénotype de pause. De plus en plus de d’évidences suggèrent que le CTD peut former des condensats de protéines dans les cellules par séparation de phase liquide-liquide (Boehning et al., 2018 ; Guo et al., 2019 ; Lu et al., 2018). Les condensats protéiques formés par les facteurs de transcription, les co-activateurs et RNAPII (via la CTD) sont des acteurs majeurs de la régulation de l’expression des gènes, notamment en fournissant des environnements locaux favorables à l’assemblage d’ensembles macromoléculaires tels que les super-enhancers (Boija et al., 2018 ; Cho et al., 2018 ; Sabari et al., 2018). Il est intéressant de noter que la phosphorylation du CTD, qui est un processus très dynamique pendant l’élongation de la transcription (Jeronimo et al., 2013), a été démontrée comme affectant la capacité du CTD à former des condensats (Boehning et al., 2018) et à conduire le RNAPII d’un type de condensat à un autre (Guo et al., 2019 ; Lu et al., 2018). Sur la base de ces données, et parce que les résidus de tyrosine sont souvent déterminants pour la capacité d’une protéine à former des condensats (Wang et al., 2018), nous émettons l’hypothèse que 1) la transition de l’initiation à l’élongation implique une redistribution de la RNAPII des condensats de type initiation vers les condensats de type élongation ; 2) cette transition est une étape limitante de la vitesse résultant en une pause et 3) la phosphorylation du CTD promouvoit cette transition. Cette hypothèse sera testée en utilisant une combinaison d’essais de séparation de phase in vitro et in vivo, associés à des technologies génomiques telles que NET-seq et autres.

Références

Boehning, M., Dugast-Darzacq, C., Rankovic, M., Hansen, A.S., Yu, T., Marie-Nelly, H., McSwiggen, D.T., Kokic, G., Dailey, G.M., Cramer, P., et al. (2018). RNA polymerase II clustering through carboxy-terminal domain phase separation. Nat Struct Mol Biol 25, 833-840.
Boija, A., Klein, I.A., Sabari, B.R., Dall’Agnese, A., Coffey, E.L., Zamudio, A.V., Li, C.H., Shrinivas, K., Manteiga, J.C., Hannett, N.M., et al. (2018). Transcription Factors Activate Genes through the Phase-Separation Capacity of Their Activation Domains. Cell 175, 1842-1855 e1816.
Cho, W.K., Spille, J.H., Hecht, M., Lee, C., Li, C., Grube, V., and Cisse, II (2018). Mediator and RNA polymerase II clusters associate in transcription-dependent condensates. Science 361, 412-415.
Churchman, L.S., and Weissman, J.S. (2011). Nascent transcript sequencing visualizes transcription at nucleotide resolution. Nature 469, 368-373.
Collin, P., Jeronimo, C., Poitras, C., and Robert, F. (2019). RNA Polymerase II CTD Tyrosine 1 Is Required for Efficient Termination by the Nrd1-Nab3-Sen1 Pathway. Mol Cell 73, 655-669 e657.
Guo, Y.E., Manteiga, J.C., Henninger, J.E., Sabari, B.R., Dall’Agnese, A., Hannett, N.M., Spille, J.H., Afeyan, L.K., Zamudio, A.V., Shrinivas, K., et al. (2019). Pol II phosphorylation regulates a switch between transcriptional and splicing condensates. Nature 572, 543-548.
Jeronimo, C., Bataille, A.R., and Robert, F. (2013). The writers, readers, and functions of the RNA polymerase II C-terminal domain code. Chem Rev 113, 8491-8522.
Lu, H., Yu, D., Hansen, A.S., Ganguly, S., Liu, R., Heckert, A., Darzacq, X., and Zhou, Q. (2018). Phase-separation mechanism for C-terminal hyperphosphorylation of RNA polymerase II. Nature 558, 318-323.
Sabari, B.R., Dall’Agnese, A., Boija, A., Klein, I.A., Coffey, E.L., Shrinivas, K., Abraham, B.J., Hannett, N.M., Zamudio, A.V., Manteiga, J.C., et al. (2018). Coactivator condensation at super-enhancers links phase separation and gene control. Science 361.
Wang, J., Choi, J.M., Holehouse, A.S., Lee, H.O., Zhang, X., Jahnel, M., Maharana, S., Lemaitre, R., Pozniakovsky, A., Drechsel, D., et al. (2018). A Molecular Grammar Governing the Driving Forces for Phase Separation of Prion-like RNA Binding Proteins. Cell 174, 688-699 e616.

Résumé des responsabilités

Ce projet combine l’utilisation de techniques de pointe en génomique fonctionnelle, édition du génome et biochimie. L’étudiant/postdoc sera chargé d’exécuter et d’analyser la grande majorité des expériences du projet et sera assisté pendant sa formation par le Dr Robert et les membres seniors du laboratoire. L’IRCM dispose de plusieurs laboratoires dont l’expertise permettra d’améliorer l’expérience de formation du candidat.

Sélection de publications du laboratoire du Dr Robert

Bataille, A.R., Jeronimo, C., Jacques, P.E., Laramee, L., Fortin, M.E., Forest, A., Bergeron, M., Hanes, S.D., and Robert, F. (2012). A universal RNA polymerase II CTD cycle is orchestrated by complex interplays between kinase, phosphatase, and isomerase enzymes along genes. Mol Cell 45, 158-170.
Collin, P., Jeronimo, C., Poitras, C., and Robert, F. (2019). RNA Polymerase II CTD Tyrosine 1 Is Required for Efficient Termination by the Nrd1-Nab3-Sen1 Pathway. Mol Cell 73, 655-669 e657.
Drouin, S., Laramee, L., Jacques, P.E., Forest, A., Bergeron, M., and Robert, F. (2010). DSIF and RNA polymerase II CTD phosphorylation coordinate the recruitment of Rpd3S to actively transcribed genes. PLoS Genet 6, e1001173.
Jeronimo, C., Bataille, A.R., and Robert, F. (2013). The writers, readers, and functions of the RNA polymerase II C-terminal domain code. Chem Rev 113, 8491-8522.
Jeronimo, C., Collin, P., and Robert, F. (2016a). The RNA Polymerase II CTD: The Increasing Complexity of a Low-Complexity Protein Domain. J Mol Biol 428, 2607-2622.
Jeronimo, C., Langelier, M.F., Bataille, A.R., Pascal, J.M., Pugh, B.F., and Robert, F. (2016b). Tail and Kinase Modules Differently Regulate Core Mediator Recruitment and Function In Vivo. Mol Cell 64, 455-466.
Jeronimo, C., Poitras, C., and Robert, F. (2019). Histone Recycling by FACT and Spt6 during Transcription Prevents the Scrambling of Histone Modifications. Cell Rep 28, 1206-1218 e1208.
Jeronimo, C., and Robert, F. (2014). Kin28 regulates the transient association of Mediator with core promoters. Nat Struct Mol Biol 21, 449-455.
Jeronimo, C., and Robert, F. (2017). The Mediator Complex: At the Nexus of RNA Polymerase II Transcription. Trends Cell Biol 27, 765-783.
Jeronimo, C., Watanabe, S., Kaplan, C.D., Peterson, C.L., and Robert, F. (2015). The Histone Chaperones FACT and Spt6 Restrict H2A.Z from Intragenic Locations. Mol Cell 58, 1113-1123.
Uwimana, N., Collin, P., Jeronimo, C., Haibe-Kains, B., and Robert, F. (2017). Bidirectional terminators in Saccharomyces cerevisiae prevent cryptic transcription from invading neighboring genes. Nucleic Acids Res 45, 6417-6426.

Exigences du poste

Nous recherchons une personne hautement motivée et ayant un intérêt pour la compréhension des aspects mécanistiques des processus moléculaires. Une formation en biologie moléculaire et/ou en biochimie est obligatoire. Des connaissances en bioinformatique, programmation informatique ou statistiques sont des atouts mais ne sont pas obligatoires. Seuls les candidats ayant un très bon parcours universitaire seront pris en considération.

Date de début : dès que possible.