Homéostasie des ribosomes et de l´ARN
Homéostasie des ribosomes et de l'ARN
L´équipe de Sébastien Ferreira-Cerca vise à caractériser les principes moléculaires conservés et spécifiques impliqués dans le métabolisme des ARN à travers les différents domaines de la vie et s'intéresse plus particulièrement à ceux qui sont impliqués dans le cycle de vie des ribosomes.
À cette fin, nous utilisons une combinaison d'approches, telles que des approches génétiques, biochimiques, moléculaires, cellulaires et de biologie structurale, ainsi qu'un large éventail d'organismes modèles, y compris les archées modèles : H. volcanii et S. acidocaldarius.
Notre recherche s'articule autour de 3 axes principaux :
Axe I : Principes moléculaires conservés et spécifiques impliqués dans le cycle de vie des ribosomes
Les ribosomes sont de grandes particules de ribonucléoprotéines universellement conservées assurant la synthèse des protéines dans chaque cellule. La conservation universelle de la fonction et de la structure des ribosomes offre un paradigme unique pour comprendre comment les mécanismes et les fonctions d'assemblage des RNP ont évolué. Notre recherche vise à contribuer à une meilleure caractérisation des principes moléculaires conservés et spécifiques impliqués dans le cycle de vie des ribosomes et à définir les principes clés de l'homéostasie des ribosomes archéens.
En conséquence, nous étudions la synthèse, l'assemblage, la fonction, la dégradation des ribosomes, l'organisation subcellulaire de ces processus et les mécanismes de régulation sous-jacents qui les contrôlent. De plus, pour mieux comprendre la conservation fonctionnelle de ces principes moléculaires, nous utilisons une analyse comparative fonctionnelle entre différents organismes modèles d'archées comme H. volcanii et S. acidocaldarius (par exemple, Knüppel et al., 2018 ; Jüttner et al., 2020 ; Knüppel et al., 2021), mais nous exploitons également d'autres organismes modèles à travers l'arbre de la vie, comme E. coli (par exemple, Knüppel et al., 2021) et/ou S. cerevisiae (par exemple, Knüppel et al., 2018).
Au cours des dernières années, nos études ont fourni des informations in vivo supplémentaires sur le processus de maturation de l'ARN ribosomique chez les archées (Grünberger et al., 2022 BioRxiv) et sur la biogenèse des petites sous-unités ribosomiques archées. Notamment, nos travaux ont fourni des preuves fonctionnelles de similitudes entre les étapes tardives de la biogenèse des petites sous-unités ribosomales archéennes et eucaryotes in vivo (Knüppel et al., 2018), ainsi que des spécificités fonctionnelles de la biogenèse des ribosomes archéens (Jüttner et al., 2020 ; Schwarz et al., 2020 ; Knüppel et al., 2021).
Axe II : Définir l´ensemble des interactions ARN-protéine et protéine-protéine chez les archées
L'identification systématique des protéines de liaison à l'ARN et des interactions protéine-protéine, ainsi que la détermination de leur contribution fonctionnelle respective au métabolisme cellulaire ont été appliquées dans des organismes modèles bactériens et eucaryotes. Cependant, une vue aussi complète n'a été obtenue pour aucun organisme archéen.
En utilisant des stratégies de capture de l´interactome des ARN et une analyse systématique des interactions protéine-protéine, nous visons à contribuer à :
1) définir l´ensemble des interactions protéine/ARN et protéine-protéine des archées ainsi que leur dynamique,
2) caractériser fonctionnellement les caractéristiques conservées et spécifiques du métabolisme de l'ARN des archées, et
3) explorer les innovations structurelles et fonctionnelles des RNP archéens.
Axe III : Élargir la boîte à outils des archées
En partie en raison de leur découverte tardive et de conditions de croissance spécifiques, de nombreux outils méthodologiques clés pour l'analyse de l'expression génique n'ont pas été appliqués ou adaptés à l'étude de la biologie des archées. Pour combler certaines de ces lacunes technologiques, nous adaptons en permanence diverses méthodologies facilitant l'analyse du métabolisme des (r)ARN et de l'expression des gènes chez les archées.
Au cours des dernières années, nous avons optimisé l'utilisation des analogues de nucléotides et d'acides aminés (Knüppel et al., 2017 ; Knüppel et al., 2021, Braun et al., 2022, Kern & Ferreira-Cerca 2022) ainsi que l´analyse de la structure de l'ARN in vivo à l'aide de réactifs SHAPE (Knüppel et al., 2020 ; Knüppel et al., 2021), dans les archées modèles Haloferax volcanii et/ou Sulfolobus acidocaldarius.
Récemment, nous avons également exploré la technologie de séquençage Nanopore pour analyser la maturation et les modifications de l'ARN ribosomal (Grünberger et al., 2022 BioRxiv).
Équipe
Clara Moch - IE CNRS
Tom Garnier – Doctorant École Polytechnique