Soutenance de thèse de VICO CANTERO Cristina
Titre de thèse
Conséquences de l'imbrication des gènes sur la dynamique de transcription
Impact of the opposite nested gene configuration on the dynamics of transcription
Résumé de la thèse
Les gènes sont distribués le long des chromosomes, souvent très proches voire même recouvrant d'autres gènes. Un cas particulièrement frappant est celui des gènes imbriqués en sens opposé, dans lequel un gène (imbriqué) est entièrement localisé dans l'intron d'un autre gène (hôte), sur le brin opposé. Cette configuration est fréquente chez les eucaryotes, et de nombreux exemples sont documentés chez l'humain ainsi que chez plusieurs organismes modèles.
La co-transcription des gènes hôtes et imbriqués peut être une source d'interférence, par des mécanismes tels que la collision de polymérases, impliquant des contraintes pour l'expression de ces gènes. En conséquence, les gènes dans cette configuration imbriquée ont tendance à être moins coexprimés que des gènes voisins, suggérant que la co-expression est contre-sélectionnée. Cependant, les conséquences de cette configuration sur la dynamique d'expression chez les animaux restent peu caractérisées. Le nématode C. elegans est un organisme modèle approprié pour répondre à cette question, grâce à son ensemble représentatif de gènes imbriqués et à la facilité des manipulations génétiques et de l'observation in vivo de la transcription avec une résolution allèle unique. L'objectif de mon doctorat était de mesurer l'effet de la configuration imbriquée opposée sur la dynamique de la transcription. Pour identifier de bons gènes candidats, j'ai d'abord utilisé l'analyse de données scRNA-seq ainsi que la méthode d'imagerie de transcription in vivo NRDE-3. Grâce à la technique smiFISH, j'ai montré que le gène hôte tps-2 et le gène imbriqué pugs-2 sont co-transcrits, à partir du même allèle. J'ai combiné les méthodes de marquage de transcription MS2 et PP7 pour mesurer la transcription des gènes hôte et imbriqué simultanément in vivo. En comparant la dynamique transcriptionnelle de tps-2 en présence ou absence de transcription de pugs-2, j'ai montré que la co-transcription augmente la durée des périodes d'expression de tps-2, le nombre de transcrits accumulés au site de transcription, et prolonge très probablement le temps de résidence des transcrits naissants. De plus, j'ai pu montrer par HCR-FISH que la transcription de pugs-2 entrave l'élongation des transcrits de tps-2. Ces résultats montrent que l'expression d'un gène imbriqué interfère avec la transcription de son gène hôte, probablement par collision de polymérases.
Thesis resume
Genes are distributed along the chromosomes, sometimes in close proximity or even overlapping other genes. One particularly striking gene arrangement is the opposite nested gene configuration, wherein one gene (nested) is entirely located within an intron of another gene (host) in the opposite strand. This gene configuration is widespread across eukaryotes, with many examples in human and model organisms. Cotranscription of nested and host genes has the potential to cause interference through mechanisms such as polymerase collisions, thereby imposing constraints on gene expression. Indeed, opposite nested genes tend to be less coexpressed than neighboring genes, suggesting that coexpression is counterselected. However, the effect of the opposite nested configuration on gene expression dynamics in animals remains poorly characterized. C. elegans is a well-suited model system to address this question, due to its representative set of nested genes and its ease for genetic engineering and live imaging of transcription at single-allele resolution. The aim of my PhD was to analyze the effect of the opposite nested gene configuration on the dynamics of gene expression. I first used scRNA-seq data analysis and NRDE-3 based live transcriptional imaging method to find good nested gene candidates. With smiFISH, I found that the host gene tps-2 and its nested gene pugs-2 can be cotranscribed from the same allele. I combined the MS2 and PP7 methods to monitor transcription of host and nested genes simultaneously in vivo over time. By comparing tps-2 transcriptional dynamics in presence or absence of pugs-2 transcription, I found that cotranscription increases tps-2 burst length, number of tps-2 transcripts accumulated at the locus and likely extends tps-2 nascent transcript residency time. Furthermore, HCR-FISH revealed that pugs-2 transcription hinders tps-2 transcriptional elongation. Together, these results indicate that expression of the nested gene interferes with transcription of its host gene, probably through polymerase collisions.