Genetic and epigenetic regulations of the 5S rRNA genes expression in Arabidopsis thaliana
Etude des régulations génétiques et épigénétiques de l'expression des gènes d'ARNr 5S chez Arabidopsis thaliana
Résumé
In Arabidopsis thaliana, polymerase III-transcribed 5S rRNA genes are present at about 1000 copies clustered at pericentromeric heterochromatin of chromosomes 3, 4 and 5. The chromosome 5 bears one 5S rDNA locus on each arm. Transcribed 5S rRNA genes are only present on chromosome 4 and in the large locus of left arm of chromosome 5. In Arabidopsis, 5S rRNA pool is heterogeneous and characterized by the existence of both a major 5S rRNA (more than 90% of total 5S rRNAs) and some minor 5S rRNAs, differing from the major one by one or two base substitutions. Within the framework of the study of the genetic regulation of the 5S rDNA expression, we have identified, cloned and characterized the transcription factor TFIIIA from Arabidopsis that is specific of the 5S genes. We also identified an alternatively spliced product from the TFIIIA gene, named TFIIIAbis, that is shorter than TFIIIA in its N-terminal extremity. The data obtained by the targeting of TFIIIAbis by a RNAi technique and in vitro transcription experiments, suggest a positive effect of TFIIIAbis on the 5S rRNA global rate, probably by stabilizing these RNA. We also studied the epigenetic regulation of the 5S rDNA demonstrating the implication of DNA methylation in the silencing of minor 5S genes. In addition, MOM1 mediates DNA methylation-independent silencing of these genes. We identified a novel transcript originating from 5S genes, named 5S-210 rRNA. As minor 5S rRNA, the expression of the 5S-210 transcripts is under the control of DNA methylation and of the MOM1 pathway. Finally, we demonstrated that all highly repetitive heterochromatic sequences with the exception of transposable elements are controlled by these two distinct epigenetic silencing pathways.
Chez Arabidopsis thaliana, les gènes d'ARNr5S, transcrits par l'ARN polymérase III, sont présents à environs 1000 copies regroupées en blocs situés au niveau de l'hétérochromatine péricentromérique des chromosomes 3,4 et 5. Le chromosome 5 porte un locus d'ADNr 5S sur chacun de ses bras. Seuls les loci du chromosome 4 et du bras gauche du chromosome 5 contiennent des gènes d'arn 5S transcrits. La population d'ARNr 5S est hétérogène chez Arabidopsis et se caractérise par la présence d'un ARNr 5S dit "majoritaire", représentant plus de 90% des transcrits 5S de la cellule, et d'ARN 5S "minoritaires" différant du transcrit 5S majoritaire par une ou deux substitutions nucléotidiques. Dans le cadre de l'étude de la régulation génétique de l'expression des gènes d'ARN 5S, nous avons identifié cloné et caractérisé TFIIIA d'Arabidopsis, qui est le facteur de transcription spécifique des gènes d'ARNr 5S. Lors de cette étude, nous avons également identifié un produit d'épissage alternatif du gène TFIIIA, codant une protéine plus courte que TFIIIA dans sa partie N-terminale dénomée TFIIIAbis. L'analyse de lignées RNAi ciblant TFIIIAbis et des expériences de transcription in vitro, ont suggéré que l'TFIIIAbis aurait un effet positif sur le taux global des ARNr 5S, probablement en stabilisant ces ARN. Nous avons aussi mené une étude de la régulation épigénétique de l'expression des gènes d'ARNr 5S. Ainsi, nous avons démontré l'implication de la méthylation de l'ADN dans la répression de la transcription des gènes d'ARNr 5S minoritaires. L'expression de ces gènes est aussi contrôlée par la voie de répression transcriptionnelle indépendante de la méthylation ADN dont MOM1 fait partie. Nous avons identifié un nouveau type de transcrits provenant de gènes d'ARNr 5S, appelés ARNr 5S-210. De la même façon que les ARNr 5S minoritaires, l'expression des ARNr 5S-210 est contrôlée par la méthylation de l'ADN et par la voie de répression contenant MOM1. Enfin, nous montrons que toutes les séquences répétées hétérochromatiques, à l'exception des éléments transposables, sont soumises à ces deux voies de répression
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Génétique humaine
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