Hétérogénéité des ribosomes in vivo, dans le modèle murin

Le mardi 30 novembre 2021, Marie R. BRUNCAULT soutiendra sa thèse intitulée "Hétérogénéité des ribosomes in vivo, dans le modèle murin".

Cette thèse a été dirigée par Stéphane BELIN et Marylin VANTARD.

Composition du jury :

• Juliette GODIN - Rapporteure
• Jean-Jacques DIAZ - Rapporteur
• Frédéric CATEZ - Examinateur
• Alain BUISSON - Examinateur
• Stéphane BELIN et Marylin VANTARD - Directeurs de thèse

Résumé :

Les protéines sont des effecteurs cellulaires qui sont impliqués dans beaucoup de processus cellulaires. Elles sont synthétisées au cours de la traduction par le complexe de traduction qui est composé de ribosomes, de facteurs de traductions, de facteurs associées au ribosome et d’ARN de transfert. Ce n’est que récemment que les études pointent vers une fonction régulatrice de ce complexe. Il a été proposé que chaque composante de ce complexe puisse adapter sa composition pour contrôler la traduction globale ou celle d’ARN messager spécifiques. Cependant, ce concept reste doit être démontré in vivo.

Le projet principal se concentre sur une composante de ce complexe : les ribosomes. Ce sont des macro-complexes composés de quatre molécules d’ARN ribosomaux et d’environ 80 protéines ribosomales (PR). Ce complexe forme des régions fonctionnelles tel que le tunnel de l’ARNm ou le centre de décodage. L’objectif principal était de définir la composition du ribosome en termes de protéines ribosomales dans le modèle murin. En utilisant une approche protéomique avec une chromatographie liquide couplée à la spectrométrie de masse en tandem, nous avons défini la composition en protéines ribosomales des ribosomes dans différents organes murins. Nous montrons avec une quantification relative l’existence de deux groupes de PR : les PR invariables et les PR variables. L’analyse structurale montre que les PR variables sont localisées dans les zones fonctionnelles du ribosomes comme le tunnel de l’ARNm ou le tunnel de sortie de la protéine néosynthétisée. Nous avons vérifié l’expression protéique de 12 PR par quantification absolue. L’étude de corrélation entre le taux d’ARNm et de protéine montre que même si la majorité de PR ont des taux corrélés, certains montrent des différences majeurs.

La deuxième étude se base sur une deuxième composante du complexe de la traduction : les facteurs associés au ribosome. Nous avons utilisé les données obtenues précédemment pour identifier les groupes fonctionnels qui étaient enrichis dans chaque tissu. Nous nous sommes concentrés sur les sous parties du système nerveux central et des tissus musculaire. Notre analyse révèle que le ribo-intéractome de chaque tissu et même région semble montrer des spécificités fonctionnelles.

Le dernier projet s’est concentré sur le rôle fonctionnel du ribosomes au cours d’un processus pathologique : la lésion du système nerveux central. Nous avons analysé l’effet de trois PR (RPS4X/eS3, RPS14/uS11 et RPL22/eL22) sur la régénération axonale et la survie cellulaire. Nous nous sommes également concentrés sur l’effet du niveau de 2’O méthylation sur ce processus. Seul RPL22/eL22 semble diminuer la suivie neuronal in vivo.

En conclusion, cette étude permet de mieux appréhender le concept d’hétérogénéité de ribosomes in vivo, en conditions physiologiques. Nous voyons également que cette hétérogénéité s’étend aussi jusqu’au facteurs associé au ribosome. Cela ouvre de nouvelles voies d’étude sur la contribution du complexe de traduction au niveau de la régulation de la traduction.
 

Abstract :

Proteins are final cell effectors that regulate most processes occurring in cells. They are synthesised through translation of messenger RNA or mRNA by the translation complex which is composed of ribosomes, translation factors, ribosome associated factors and tRNAs. This translational complex has been studied for decades but only studies from the past 30 years suggested that it could have a regulatory role. It was proposed that components of the translational complex could adapt their composition to control either the global level of translation and/or the translation of specific mRNAs. However, this hypothesis remains to be clearly demonstrated at the protein level in vivo.

The main project was focused on one of the main components of this translational complex: the ribosome. Ribosomes are macro-complexes composed of ribosomal RNA and ribosomal proteins forming various functional regions such as the mRNA tunnel or the decoding centre. The main objective was to define the ribosome content in terms of ribosomal protein (RP) in-vivo across multiple mice organs, using a proteomic approach, and understand how possible variations in RP composition could affect their functions. Our results from relative quantification using liquid chromatography tandem mass spectrometry (LC-MS/MS) shows that there are two groups of ribosomal proteins: the invariable ‘core’ RPs and the variable RPs, including tissue-specific RP paralogues such as RPL3L and RPL10L. Structural analysis shows that variable RPs were located in functional regions of the ribosome such as the mRNA tunnel or the nascent peptide exit tunnel. We confirmed the RP profile of 12 RPs by absolute quantification. Analysis of correlation between mRNA and protein levels showed that while these levels were correlates for some RP, other showed differences.

The second project was focused on the ribosome associated factors. Using the dataset from the main project, we did an in silico analysis to identify the groups of protein that were possibly interacting with the ribosome. We chose to focus on central nervous system (CNS) subparts and on muscle-type tissues from our study. Gene ontology analysis shows that the ribo-interactome also seem to be specialised.

The final project focused on functional impact of modulating either ribosomal proteins or the level of rRNA 2’O methylations on cell survival and axonal regeneration after central nervous system injury. 3 RP were selected : RPS4X/eS3, RPS14/uS11 and RPL22/eL22. Interestingly, preliminary results shows that among the RPs, only one RP, RPL22/eL22, significantly decreases the level of survival post injury.

In conclusion, this work shed some light on the RP heterogeneity observed in the ribosomes in physiological conditions. This heterogeneity is not limited to RP as there is also a heterogeneous distribution of ribosome associated factors. This study open new doors to study the contribution of the translation complex to translation regulation.