2021 Mono-Poly (Running)

Porteur du projet

David Cluet et Emiliano Ricci.

Personnes

Laurent Modolo, David Cluet, Emiliano Ricci.

Problématique biologique

La traduction des ARNm peut être mesurée dans sa globalité par l’approche de “ribosome profiling” qui permet de séquencer les empreintes ARN protégées par les ribosomes suite à un traitement de lysats cellulaires avec des nucleases. Le ribosome profiling permet d’obtenir la position exacte de tous les ribosomes sur les ARNm et d’estimer l’efficacité de traduction de chaque ARNm. Cependant, ce protocole ne distingue pas les ARNm associés à un seul ribosome (monosome) de ceux associés à plusieurs ribosomes (polysomes).

Historiquement, la fraction monosomale est considérée comme correspondant à des ribosomes inactifs ou à la primo-traduction d’ARNs néo-synthétisés. Cependant, des études récentes indiquent que certains transcrits sont traduits préférentiellement par des monosomes (https://www.cell.com/cell/pdfExtended/S0092-8674(16)00004-0 ; https://science.sciencemag.org/content/367/6477/eaay4991 ). Dans ce contexte, nous avons entrepris d’étudier le patron de traduction des monosomes et des polysomes lors de l’activation de cellules du système immunitaire afin d’identifier des transcrits dont la traduction pourrait osciller entre les états “monosome” et “polysome”. Pour cela, nous avons mis au point un protocole permettant de séparer les monosomes et polysomes dans deux fractions spécifiques en limitant la dégradation post-lyse des ARNm, avant d’obtenir les empreintes des ribosomes par l’ajout de nucleases (Figure 1A). Cette approche de “Monosome/Polysome” profiling a révélé des patrons de distribution des ribosomes très différents dans chaque compartiment (Figure 1B). Les ribosomes dans la fraction polysomale sont distribués de façon relativement uniforme le long de la région codante alors que ceux de la fraction monosomale sont enrichis en début et fin de la région codante. Nous pensons que cet enrichissement des ribosomes en début de région codante pour la fraction monosomale pourrait correspondre au premier round de traduction des ARNm qui viennent d’émerger du noyau et qui rencontrent un ribosome pour la première fois. L’enrichissement en fin de région codante pourrait correspondre à de la dégradation co-traductionelle des ARNm ou à un phénomène de “burst” de traduction dans lequel l’ARNm alternerait entre des états de traduction actifs (associé à la présence de multiples ribosomes le long de la région codante) et de pauses lors desquelles il ne serait plus associé à des ribosomes.

F igure 1. A. Monosome/polysome profiling. Les macrophages sont lysées en présence d’inhibiteurs de RNase pour récupérer la fraction cytoplasmique. Un gradient de sucrose est ensuite réalisé pour récupérer les monosomes et polysomes qui sont incubés avec une RNase, repurifiés sur un gradient de sucrose afin de récupérer les empreintes ARN qui sont séquencées. B. Metagene plot montrant la distribution des empreintes de ribosome provenant de la fraction monosomale (bleu) ou polysomale (rouge), le long de la région codante des ARNm.

Questions

La question principale ainsi que les questions secondaires auquelles devront répondre le projet.

Nous souhaiterions modéliser la distribution des ribosomes dans les fractions monosome et polysome afin de mieux comprendre la dynamique d’initiation, d’élongation et de terminaison de la traduction. Nous pensons que la distance parcourue par le premier ribosome qui traduit un ARNm (avant qu’un deuxième ribosome ne s’associe sur l’ARNm et le fasse basculer dans la fraction polysomale) pourrait réfléter le taux d’initiation de la traduction et s’expliquer par des facteurs en trans comme la longueur de la région 5’ non traduite ou son contenu en GC. Par ailleurs, nous souhaiterions caractériser la source potentielle de ribosomes à proximité du codon stop et identifier des facteurs en cis (contexte du codon stop, usage des codons, composition en acides-aminés…) qui pourraient l’expliquer.

Données

Nous avons réalisé des expériences de ribosome profiling (séquençage des empreintes ARN des ribosomes, d’une taille de 26 à 35 nucleotides) à partir de la fraction monosomale ou polysomale de macrophages primaires de souris. Nous avons à disposition les données de séquençage à haut débit au format FASTQ ainsi que les alignements sur le génome ou le transcriptome de la souris. Nous avons trois réplicats pour chaque condition.

Date

La date du début du projet: Dès que possible.
La date d’obtention des données: Les données (alignement des empreintes ARN sur le génome de la souris) sont déjà disponibles au PSMN.
La date d’obtention de l’intégralité des données: L’intégralité des données est disponible. En fonction des hypothèse soulevées par les résultats de l’analyse, nous générerons de nouveaux jeux de données.
La date souhaitée de fin du projet:

Attentes

Décrivez les missions que devront pour vous remplir le ou les bioinformatitiens dans ce projet.

Mise en place d’une analyse de type Machine learning permettant de modéliser la distribution des ribosomes dans les fractions monosome et polysome. Identification de facteurs en cis ou en trans pouvant expliquer la position des monosomes le long de la région codante des ARNm.