Peptides et petits ARNs

Peptides et petits ARNs

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Peptides et petits ARNs

Thèmes de Recherche

Beaucoup de disciplines, allant de la génétique humaine à l’élevage ou la production agricole, incluant microbiologie et virologie, font généralement face au défi du décryptage des différentes fonctions assurées par un nombre croissant de gènes. En effet, un défi majeur doit encore être accompli dans la compréhension de ce qu’exactement les génomes codent et comment ils fonctionnent. Durant ces deux dernières décennies, le séquençage systématique de beaucoup d’espèces a conduit à la découverte de nouvelles classes de gènes conduisant à l’identification de mécanismes de régulation originaux jusqu’alors inexplorés. Un des faits marquants a été la découverte des petits ARNs régulateurs ainsi que les ARNs long non codants, et plus récemment des micropeptides, représentant un paradigme de fonction génique alternatif au modèle classique des gènes codant des protéines.

Notre thématique de recherche est centrée sur l’étude de la biologie et la découverte de mécanismes de régulation géniques non conventionnels. Plus spécifiquement, nos objectifs sont centrés à la compréhension de la biologie de microARNs et de peptides régulateurs de l’expression du génome. Pour ce faire, nous utilisons des systèmes modèles différents, comme plusieurs espèce de plantes, des bactéries, des champignons ou la drosophile.

Nous en étudions les fonctions développementales, recherchons à comprendre et définir leur mode d’action moléculaire et leur applicabilité éventuelle. Nous concentrons actuellement nos études dans deux directions principales :

  • identifier les mécanismes moléculaires impliqués dans la régulation d’expression et l’activité de microARNs dont certains sont contrôlés par des peptides.
  • identifier et étudier de nouvelles classes de peptides régulateurs.

Ces petites molécules constituent des principes actifs naturels capables de moduler l’expression ou contrôler l’activité des gènes. Elles présentent un intérêt potentiel comme moyen de lutte respectueux de l’environnement pour favoriser la résistance des végétaux (ou animaux) contre des agressions extérieures.  Ainsi, en parallèle de la recherche fondamentale, nous cherchons à développer une recherche translationnelle lorsque ceci est possible et maintenons un lien étroit avec des entreprises.

Mécanismes moléculaires de la régulation d’expression et l’activité de microARNs.

Les microARNs sont de petits ARNs régulateurs d’une 20taine de nucleotides qui s’apparient à des ARNm cibles pour contrôler leur traduction soit en induisant leur clivage et dégradation, soit en inhibant leur traduction. Nous cherchons à comprendre les rôles que jouent les microARNs au cours du développement et à identifier les mécanismes contrôlant leur activité. Par exemple, chez la plante Medicago truncatula, nous avons récemment découvert que le microARN miR171b présente un site de clivage altéré le rendant incapable de réguler négativement le gène cible de la famille des miR171, a savoir LOM1 (LOST MERISTEMS 1) (Couzigou et al., 2017). Nous avons remarqué que miR171b est uniquement présent chez les plantes qui établissent de la symbiose mycorhizienne à arbuscules, qui associe la plupart des plantes avec les champignons Glomeromycota. Nous avons pu démontrer que la fonction de miR171b est de protèger l’ARNm LOM1 de sa dégradation par d’autres membres de la famille miR171. D’un point de vue fonctionnel, contrairement à d’autres membres de la famille miR171, miR171b stimule la symbiose mycorrhizienne. Ce travail met en évidence un role activateur de certains miRs.

Mécanismes du contrôle de l’expression de miR par les micropeptides miPEPs.

Nous avons récemment découvert un nouveau mécanisme qui contrôle l’expression des gènes de plantes en régulant la transcription de microARN (Lauressergues et al. 2015). Les transcrits primaires de microARNs (pri-miARNs) codent de petits peptides, que nous avons appelé miPEPs ; chaque miPEP active spécifiquement la transcription de son propre pri-miARN et augmente par conséquent la synthèse du microARN mature correspondant. De façon remarquable et étonnante, l’application externe de miPEP de synthèse sur les plantes est suffisante pour augmenter spécifiquement l’expression du pri-miARN (et du microARN) dont il est issus et, par conséquent capable d’induire des modifications du développement de la plante. Étant donné leur efficacité par simple application externe  en laboratoire, les miPEPs ouvrent la possibilité de beaucoup d’applications agronomiques notamment en offrant de nouveaux moyens pour moduler le développement des plantes, de stimuler les symbioses ainsi que la résistance aux stress. De plus, comme agents naturels et endogènes, ils constituent une alternative potentielle aux methodes habituellement utilisées et sont probablement beaucoup moins dommageable pour l’environnement. Donc au laboratoire, nous recherchons à comprendre les mécanismes contrôlant leur activité, notamment leur traductibilité et le transport intra et inter cellulaire . En outre, en étroite collaboration avec plusieurs entreprises, nous cherchons à définir la fonction biologique des miPEPs pour préciser leur spectre d’action.

Identifier et étudier de nouvelles classes de peptides régulateurs

Au-delà de l’apport de connaissances fondamentales, la découverte de l’importance des micropeptides pour la régulation de gènes ouvre des perspectives encore non explorées de façon très générale. Dans un premier temps, nous recherchons actuellement si les miPEPs existent chez d’autres organismes en se concentrant sur le règne animal (Insectes, humain) comme cela a été découvert chez les plantes. Plus spécifiquement, nous recherchons dans un premier temps leur existence en utilisant Drosophila melanogaster. Enfin, étant donné que le repertoire des peptides produits et actifs au sein des êtres vivants est encore largement inexporé, nous recherchons à découvrir de nouvelles classes de peptides contrôlant le développement de divers organismes incluant bactéries, champignons etc

Publications

2017 Plaza S, Menschaert G, Payre F. In Search of Lost Small Peptides. Annu Rev Cell Dev Biol. 2017 Couzigou JM, Lauressergues D, André O, Gutjahr C, Guillotin B, Bécard G, Combier JP. Positive gene regulation by a natural protective miRNA enables Arbuscular Mycorrhizal Symbiosis. Cell, Host and Microbe. 2017. 2016 Guillotin B, Couzigou JM, Combier JP. NIN is involved in the regulation of Arbuscular Mycorrhizal symbiosis. Frontiers in Plant Science. 2016. 7:1704. Guillotin B, Etemadi M, Audran C, Bouzayen M, Bécard G, Combier JP. Sl-IAA27 regulates strigolactone biosynthesis and mycorrhization in Tomato (var. MicroTom). New Phytologist. 2016. Couzigou JM, Combier JP. Plant miRNAs : key regulators of root architecture and biotic interactions. New Phytologist. 2016. 212:22-35. Zanet J, Chanut-Delalande H, Plaza S, Payre F. Small Peptides as Newcomers in the Control of Drosophila Development. Current Topics in Developmental Biology. 2016.117:199-219. Couzigou JM, André O, Guillotin B, Alexandre M, Combier JP. Use of microRNA-encoded peptide miPEP172c to stimulate nodulation in soybean. New Phytologist. 2016. 211:379-381.
2015 Couzigou JM, Lauressergues D, Bécard G, Combier JP. miRNA-encoded peptides (miPEPs) : a new tool to analyse the roles of miRNAs in plant biology. RNA biology. 2015. 12:1178-1180. Lauressergues D, Couzigou JM, San Clemente H, Martinez Y, Dunand C, Bécard G, Combier JP. Primary transcripts of microRNAs encode regulatory peptides. Nature. 2015. 520:90-3. Zanet J, Benrabah E, Li T, Pélissier-Monier A, Chanut-Delalande H, Ronsin B, Bellen H, F Payre, S Plaza. Pri sORF peptides induce selective proteasome-mediated protein processing. Science. 2015. 349(6254):1356.

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