L’étude qui vous est présentée dans ce mémoire est réalisée chez l’organisme Schizosaccharomyces pombe et elle porte sur la caractérisation de la protéine Nab2, une protéine liant les queues poly(A) ainsi que sur son implication dans la régulation génique. Tout d’abord, il faut savoir qu’il existe quatre modes de régulation (transcriptionnel, post-transcriptionnel, traductionnel et post-traductionnel) dans lesquels interviennent différents types de protéines, en particulier des protéines liant les queues poly(A) des ARN, aussi connues sous le nom de PABPs. Ces protéines reconnaissent l’ARN à l’aide de différents domaines de liaison et elles se subdivisent en deux catégories : les PABPs nucléaires ou cytoplasmiques, représentées respectivement par PABPN1 et PABPC1 chez les mammifères. Comprendre la fonction des PABPs revêt un intérêt particulier puisqu’elles sont impliquées à différents stades de la régulation génique. Des maladies ont aussi été associées à deux PABPs nucléaires humaines, PABPN1 et ZC3H14, mais aucune association entre leur fonction réciproque et la maladie n’a pu être établie. Une des façons de comprendre leur rôle est d’étudier celui de leurs orthologues respectifs. Chez la levure à fission, un orthologue de PABPN1 a été caractérisé et il s’agit de Pab2. S. pombe possède cependant une seconde PABP nucléaire, Nab2, qui est caractérisée dans ces travaux. Des méthodes in vivo et in vitro ont été utilisées afin de confirmer le statut de la protéine, à savoir qu’il s’agit bel et bien d’une PABP nucléaire et que celle-ci est non essentielle. L’identification de partenaires protéiques de Nab2 par spectrométrie de masse a aussi permis de relier Nab2 avec des processus de régulation génique tels que l’épissage et la dégradation. Puisque Pab2 est aussi associée à des fonctions en lien avec la dégradation, il est possible de faire un parallèle entre ces deux protéines et de supposer qu’elles interagissent ensemble. La deuxième partie de ces travaux porte donc sur l’étude de la relation fonctionnelle entre Nab2 et Pab2 et elle a permis de montrer un mécanisme de régulation opportuniste basé sur la liaison de la cible ARN par l’une ou l’autre de ces PABPs. En effet, l’étude de la régulation du gène modèle RPL30-2 indique que Nab2 et Pab2 ont des rôles opposés puisqu’ils sont respectivement des régulateurs positifs et négatifs de l’expression de son transcrit.

Les travaux décrits dans ce mémoire visent à élucider le rôle de la protéine Pab2 dans la régulation des gènes méiotiques. La méiose est un phénomène conservé à travers l'évolution chez les organismes eucaryotes. Chez les eucaryotes unicellulaires comme la levure, la méiose accomplie [i.e. accomplit] autant un rôle de reproduction sexuelle qu'un rôle de protection de l'organisme. Chez la levure à fission Schizosaccharomyces pombe , le processus de méiose résultant de la reproduction de deux individus génère des spores, des structures résistantes aux conditions environnementales détrimentales. Lorsque la cellule enclenche la méiose, plusieurs centaines de gènes sont temporellement induits pour exprimer des gènes spécifiques aux processus méiotiques. Afin de s'assurer que des gènes méiotiques ne soient pas exprimés pendant la mitose au détriment de la cellule, des mécanismes de surveillance doivent rigoureusement surveiller l'expression de ces gènes. Afin d'éclaircir le rôle de Pab2 dans cette surveillance, nous avons utilisé une approche génétique combinée à des essais biochimiques. Des expériences d'immunoprécipitation de la chromatine combinées à des essais de substitution de promoteur ont démontré que la régulation de Pab2 sur les gènes méiotiques est posttranscriptionnelle. De plus, des expériences d'immunoprécipitation de la protéine Pab2 suivies d'analyse d'ARN ont démontré que la protéine Pab2 forme un complexe in vivo avec les ARN qu'elle régule. Des analyses dans le laboratoire ont démontré que Pab2 possède une interaction fonctionnelle et physique avec des composantes de l'exosome. Afin de déterminer l'implication de l'exosome dans la régulation des gènes méiotiques, nous avons utilisé différentes souches de levure [i.e. levures] possédant des délétions dans les gènes des composantes de l'exosome ou des facteurs coopérant avec ce complexe, en présence ou absence de Pab2. Ces expériences ont démontré que l'exosome nucléaire, particulièrement la sous-unité Rrp6, était majoritairement responsable de la dégradation des transcrits méiotiques, et ce sans l'aide de complexes coopérateurs comme le TRAMP. Afin de déterminer le facteur de sélectivité de la régulation par Pab2 et par l'exosome, nous avons utilisé des souches thermosensibles pour la protéine Mmi 1, un autre agent posttranscriptionnel impliqué dans la surveillance de l'expression des gènes méiotiques. Ces expériences ont démontré que Pab2 coopère avec Mmi1 dans la dégradation des transcrits méiotiques. Notamment, l'augmentation de l'expression des gènes méiotiques en absence de Pab2 est suffisante pour contourner la voie dépendante de meiRNA, qui est un ARN non-codant essentiel à l'initiation de la méiose. Ces résultats constituent l'évidence que la protéine Pab2 liant les queues poly(A) participe au maintient du silence de l'expression des gènes méiotiques pendant la mitose.

L?????tude qui vous est pr??sent??e dans ce m??moire est r??alis??e chez l???organisme Schizosaccharomyces pombe et elle porte sur la caract??risation de la prot??ine Nab2, une prot??ine liant les queues poly(A) ainsi que sur son implication dans la r??gulation g??nique. Tout d???abord, il faut savoir qu???il existe quatre modes de r??gulation (transcriptionnel, post-transcriptionnel, traductionnel et post-traductionnel) dans lesquels interviennent diff??rents types de prot??ines, en particulier des prot??ines liant les queues poly(A) des ARN, aussi connues sous le nom de PABPs. Ces prot??ines reconnaissent l???ARN ?? l???aide de diff??rents domaines de liaison et elles se subdivisent en deux cat??gories : les PABPs nucl??aires ou cytoplasmiques, repr??sent??es respectivement par PABPN1 et PABPC1 chez les mammif??res. Comprendre la fonction des PABPs rev??t un int??r??t particulier puisqu???elles sont impliqu??es ?? diff??rents stades de la r??gulation g??nique. Des maladies ont aussi ??t?? associ??es ?? deux PABPs nucl??aires humaines, PABPN1 et ZC3H14, mais aucune association entre leur fonction r??ciproque et la maladie n???a pu ??tre ??tablie. Une des fa??ons de comprendre leur r??le est d?????tudier celui de leurs orthologues respectifs. Chez la levure ?? fission, un orthologue de PABPN1 a ??t?? caract??ris?? et il s???agit de Pab2. S. pombe poss??de cependant une seconde PABP nucl??aire, Nab2, qui est caract??ris??e dans ces travaux. Des m??thodes in vivo et in vitro ont ??t?? utilis??es afin de confirmer le statut de la prot??ine, ?? savoir qu???il s???agit bel et bien d???une PABP nucl??aire et que celle-ci est non essentielle. L???identification de partenaires prot??iques de Nab2 par spectrom??trie de masse a aussi permis de relier Nab2 avec des processus de r??gulation g??nique tels que l?????pissage et la d??gradation. Puisque Pab2 est aussi associ??e ?? des fonctions en lien avec la d??gradation, il est possible de faire un parall??le entre ces deux prot??ines et de supposer qu???elles interagissent ensemble. La deuxi??me partie de ces travaux porte donc sur l?????tude de la relation fonctionnelle entre Nab2 et Pab2 et elle a permis de montrer un m??canisme de r??gulation opportuniste bas?? sur la liaison de la cible ARN par l???une ou l???autre de ces PABPs. En effet, l?????tude de la r??gulation du g??ne mod??le RPL30-2 indique que Nab2 et Pab2 ont des r??les oppos??s puisqu???ils sont respectivement des r??gulateurs positifs et n??gatifs de l???expression de son transcrit.

La synthèse d’un ARNm eucaryotique dépend d’une suite d’étapes qui inclut notamment l’ajout d’une queue poly(A) à son extrémité 3’. Au noyau, la queue poly(A) des ARNms est liée par PABPN1 (poly(A)-binding protein nuclear 1). PABPN1 fut notamment caractérisée, d’après des études in vitro, pour stimuler la réaction de polyadénylation en plus de contrôler la taille ultime des queues poly(A). Cela dit, la ou les fonction(s) biologique(s) de PABPN1 est/sont cependant largement méconnue(s). Chez Schizosaccharomyces pombe (S. pombe), Pab2 est l’orthologue présumé de PABPN1. Or, mes travaux indiquent que Pab2 est fonctionnellement différente de PABPN1 à l’égard de son rôle sur le processus général de polyadénylation. Ainsi, in vivo, l’absence de Pab2 entraîne l’expression et l’accumulation d’un groupe limité d’ARNs hyperadénylés parmi lesquels se trouvent de nombreux petits ARNs nucléolaires non-codants (snoRNAs) lesquels constituent normalement un groupe abondant d’ARN poly(A)-. Mes résultats supportent ainsi un mécanisme par lequel des snoRNAs immatures poly(A)+, sont convertis en une forme mature poly(A)- par le biais de Pab2 et de l’activité 3’-->5’ exoribonucléase de l’exosome à ARN. Ces observations sont inusitées dans la mesure où elles associent une fonction pour une PABP dans la maturation d'ARNs non-codants, contrairement à la notion que les PABPs travaillent exclusivement au niveau des ARNms, en plus de procurer une nouvelle perspective face au mécanisme de recrutement de l'exosome à ARN à des substrats poly(A)+. La formation de l’extrémité 3’ d’un ARN est un processus étroitement lié à la terminaison de sa transcription. Pour les gènes codants, la terminaison transcriptionnelle est initiée par le clivage endonucléolytique du pré-ARNm. Ce clivage génère une extrémité d’ARN 5’ libre laquelle sera ciblée par une exoribonucléase 5'-->3’ afin de mener à bien l’éviction de l’ARNPII de la matrice d’ADN (terminaison transcriptionnelle de type torpedo). Au contraire, chez Saccharomyces cerevisiae (S. cerevisiae), la majorité des gènes non-codants, incluant les snoRNAs, dépendent plutôt du complexe NNS (Nrd1/Nab3/Sen1) pour la terminaison de leur transcription. Cela dit, il est incertain si le complexe NNS est conservé chez d’autres espèces. À cet égard, mes travaux indiquent que S. pombe est dépourvu d’un mécanisme de terminaison de la transcription de type NNS. Seb1, l’orthologue présumé de Nrd1 chez S. pombe, s’associe plutôt à la machinerie de clivage et de polyadénylation et influence la sélection de site de polyadénylation à l’échelle du génome. Mes résultats supportent ainsi l’utilisation de la machinerie de maturation 3’ des ARNms comme principal vecteur de terminaison transcriptionnelle chez S. pombe et identifient Seb1 comme un facteur clé de ce processus. L’évènement transcriptionnel étant hautement complexe, des erreurs peuvent arriver de manière stochastique menant à l’accumulation d’ARNs aberrants potentiellement néfastes pour la cellule. Or, mes travaux ont mis en lumière un mécanisme de surveillance co-transcriptionnel des ARNs impliquant l’exosome à ARN et lié à la terminaison de la transcription. Pour ce faire, l’exosome à ARN promeut la terminaison transcriptionnelle via la dégradation d’une extrémité 3’ libre d’ARN devenue émergente suite au recul de l’ARNPII le long de la matrice d’ADN (phénomène de backtracking). Mes résultats supportent ainsi une terminaison de la transcription de type torpedo inversé (3'-->5’) réévaluant par la même occasion le concept voulant que la terminaison de la transcription s’effectue uniquement selon une orientation 5’-->3’. Somme toute, mes travaux de doctorat auront permis d’identifier et de caractériser plus en détail les facteurs et mécanismes impliqués dans la maturation 3’ et la terminaison de la transcription des gènes codants et non-codants chez l’organisme modèle S. pombe.