Die Zusammenarbeit des Epitranskriptoms und des piRNA Signalwegs in der Regulation maternaler mRNA
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Epitranscriptomique dans la régulation des ARN messagers maternels Comprendre l'importance des modifications m6A des ARN messagers dans la régulation des ARN messagers maternels et la reproduction La régulation des ARN messagers (ARNm) implique des protéines de liaison à l’ARN et des ARN noncodants qui agissent de manière complexe et coordonnée pour déterminer le devenir et la fonction des ARNm cellulaires. Les "Piwi-interacting RNAs" (piRNAs) sont une classe spécifique de petits ARN noncodants qui joue un rôle dans la répression des éléments transposables dans la lignée germinale. Outre cette fonction bien étudiée, nous avons décrit précédemment un nouveau rôle des piRNAs dans la dégradation des ARNm maternels au cours de l'embryogenèse précoce dans le modèle drosophile. Récemment, la modification des ARNm, en particulier la N6-méthyladénosine (m6A), est apparue comme une nouvelle régulation post-transcriptionnelle importante qui affecte chaque étape de la biogenèse des ARNm. Pourtant, les relations entre les voies piRNAs et m6A sont peu explorées, et comment ces deux voies de régulation pourraient se coordonner pour assurer une dégradation efficace des ARNm maternels n'est pas connu. L'objectif du projet m6ApiRNA était de décrypter le rôle de la modification de l'ARN m6A lors des premières étapes du développement animal et ses relations avec la voie piRNA. Le projet visait à analyser le rôle de m6A dans la dégradation de l'ARNm maternel chez l'embryon de drosophile, et à déterminer si m6A et les piRNAs coopèrent dans cette fonction. Approches génétiques et génomiques pour analyser le rôle des modifications m6A au cours du développement embryonnaire précoce et dans le tractus reproducteur Le but principal du projet était d'analyser en détail le rôle de la voie m6A de modification des ARNm dans le mécanisme de dégradation des ARNm maternels, au cours de l'embryogenèse précoce chez la drosophile. Nous avons décidé d'étudier tous les acteurs majeurs de la voie m6A: les composants du complexe de méthylation (Mettl3 et Mettl14: writers) et les effecteurs qui se lient aux ARNm méthylés (Ythdf et Ythdc1: readers). Nous avons donc utilisé des mutants et RNAi de chacun de ces gènes et analyser leurs phénotypes à différents niveaux: développemental, cellulaire et génomique. Nous avons utilisé des approches RNA-seq pour décrire l'impact de ces gènes sur la dégradation des ARNm maternels. De plus, nous avons implémenté une nouvelle approche, eTAM-seq, pour identifier à l'échelle de tout le transcriptome, les ARNm maternels m6A dans l'embryon précoce. Les outils génétiques sophistiqués du modèle drosophile ont aussi été utilisés pour identifier une nouvelle fonction de la méthylation m6A des ARNm dans le tractus génital femelle, nécessaire à la fécondation au cours du vieillissement des femelles. Résultats majeurs du projet Nous avons montré que la méthylation de m6A joue un rôle important dans la dégradation des ARNm maternels dans l'embryon précoce. De plus, nous avons identifié Ythdc1 comme la protéine "reader" des ARNm maternels m6A. Ce résultat n'était pas attendu car Ythdf est le reader principal dans les ovocytes et les embryons précoces dans les autres espèces. Nous avons également montré une fonction plus importante de la méthylation m6A chez les femelles âgées: la létalité des embryons provenant des femelles mutantes augmente de 20 % chez les jeunes à 60% chez les femelles agées. Nous avons montré que ce défaut ne dépend pas de la lignée germinale de ces femelles, mais des tissus somatiques de l'appareil reproducteur. De plus, le laboratoire Roignant a identifié un nouveau composant du complexe de méthylation et décrit une nouvelle interaction entre la méthylation m6A et la protéine de liaison à l'ARN, FMR1. Production scientifique Ce projet a permis de publier deux publications par le coordinateur allemand dans Nature Communications et EMBO Journal. Deux manuscrits sont aussi actuellement soumis et déposés sur le site bioRxiv. Finalement, deux autres manuscrits décrivant les résultats obtenus directement dans le cadre de ce projet sont actuellement en progrès et devraient être publiés dans le courant de l'année. De plus, cing Revues ou Highlights et un Chapitre de livre invités ont été publiés dans le cadre de ce projet, dont deux revues dans Trends in Genetics, une dans Bioessays, une revue exhaustive sur la voie piRNAs dans Nature Reviews Molecular Cell Biology and une Perspective dans Science.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Anything but Ordinary – Emerging Splicing Mechanisms in Eukaryotic Gene Regulation. Trends in Genetics, 37(4), 355-372.
Gehring, Niels H. & Roignant, Jean-Yves
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Functional interplay within the epitranscriptome: Reality or fiction?. BioEssays, 44(2).
Worpenberg, Lina; Paolantoni, Chiara & Roignant, Jean‐Yves
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Functions of PIWI Proteins in Gene Regulation: New Arrows Added to the piRNA Quiver. Trends in Genetics, 37(2), 188-200.
Ramat, Anne & Simonelig, Martine
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Hakai is required for stabilization of core components of the m6A mRNA methylation machinery. Nature Communications, 12(1).
Bawankar, Praveen; Lence, Tina; Paolantoni, Chiara; Haussmann, Irmgard U.; Kazlauskiene, Migle; Jacob, Dominik; Heidelberger, Jan B.; Richter, Florian M.; Nallasivan, Mohanakarthik P.; Morin, Violeta; Kreim, Nastasja; Beli, Petra; Helm, Mark; Jinek, Martin; Soller, Matthias & Roignant, Jean-Yves
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Ythdf is a N6‐methyladenosine reader that modulates Fmr1 target mRNA selection and restricts axonal growth in Drosophila. The EMBO Journal, 40(4).
Worpenberg, Lina; Paolantoni, Chiara; Longhi, Sara; Mulorz, Miriam M.; Lence, Tina; Wessels, Hans‐Hermann; Dassi, Erik; Aiello, Giuseppe; Sutandy, F. X. Reymond; Scheibe, Marion; Edupuganti, Raghu R.; Busch, Anke; Möckel, Martin M.; Vermeulen, Michiel; Butter, Falk; König, Julian; Notarangelo, Michela; Ohler, Uwe; Dieterich, Christoph ... & Roignant, Jean‐Yves
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Activating translation with phase separation. Science, 377(6607), 712-713.
Ramat, Anne & Simonelig, Martine
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Emerging roles and functional mechanisms of PIWI-interacting RNAs. Nature Reviews Molecular Cell Biology, 24(2), 123-141.
Wang, Xin; Ramat, Anne; Simonelig, Martine & Liu, Mo-Fang
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Germ granule higher-order organization coordinates their different functions. openRxiv.
Ramat, Anne; Haidar, Ali; Garret, Céline & Simonelig, Martine
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piRNAs are regulators of metabolic reprogramming in stem cells. openRxiv.
Rojas-Ríos, Patricia; Chartier, Aymeric; Enjolras, Camille; Cremaschi, Julie; Garret, Céline; Boughlita, Adel; Ramat, Anne & Simonelig, Martine
