Description du sujet de thèse

Les génomes sont organisés de manière ordonnée selon plusieurs échelles de repliement de l’ADN dans tous les organismes. L’organisation de la chromatine dans le noyau a une importance fonctionnelle pour contrôler notamment le programme d’expression des gènes, la réplication de l’ADN, sa réparation et sa ségrégation. Des défauts de cette organisation sont impliqués dans des maladies et cancers. Les complexes SMC, en particulier la cohésine, participent activement à ce phénomène en effectuant des boucles d'ADN intra-chromatide et assurant ainsi une régulation dynamique de l'expression des gènes. Des études récentes suggèrent que la transcription peut influencer la dynamique de ces boucles, notamment en modulant le positionnement de la cohésine. Dans ce contexte, la transcription par l’ARN polymérase I (Pol I), responsable de la production des ARN ribosomiques au sein du nucléole, peut constituer un modèle idéal pour explorer ce couplage.

Nous proposons d’étudier comment l’activité transcriptionnelle de Pol I peut moduler l’architecture de la chromatine via la cohésine. Pour cela, nous utiliserons un mutant identifié au laboratoire, que nous appelons SuperPol parce qu’il augmente l’activité transcriptionnelle de Pol I ainsi que la petite molécule anticancéreuse BMH-21 qui inhibe spécifiquement l’activité de Pol I et induit des terminaisons prématurées de la transcription (PTT). Nous faisons l’hypothèse que la modulation de l’activité de Pol I à l’aide de SuperPol et du BMH-21 modifie les points d’ancrage ou de blocage de la cohésine. En comparant les effets des états transcriptionnels élevés (SuperPol) et inhibés (BMH-21), nous chercherons à déterminer comment la dynamique d’élongation de Pol I régule la formation et la stabilité des boucles d’ADN. Ce projet permettra d’élucider un mécanisme fondamental reliant transcription ribosomique et organisation du génome.

Le projet requiert une expertise approfondie en biologie moléculaire et en génétique de l'organisme modèle Saccharomyces cerevisiae afin d’explorer les liens entre transcription ribosomique et organisation tridimensionnelle du génome. Le candidat devra maîtriser les approches expérimentales classiques, telles que la manipulation d’ADN, d’ARN et des protéines (clonage, mutagenèse dirigée, PCR, RT-qPCR, extraction et purification d’acides nucléiques, Northern blot et analyses de protéines), ainsi que la construction et la caractérisation de souches mutantes, notamment le mutant SuperPol. Une expérience solide en biologie de la chromatine est indispensable. Le projet nécessite également des besoins en imagerie et microscopie à fluorescence avancée. Sur le plan analytique, des compétences en bioinformatique sont essentielles pour intégrer des méthodes d’analyse multi-omiques et d'imagerie. Une connaissance du logiciel ImageJ est notamment requise. Au niveau conceptuel, le projet exige une compréhension approfondie de la régulation de la transcription ribosomique, des mécanismes d’action de la cohésine et des principes de repliement du génome. Il nécessite également une capacité d’intégration des observations moléculaires et cellulaires pour proposer des modèles mécanistiques expliquant comment l’activité de Pol I influence l’organisation ADN. Enfin, des compétences transversales en gestion des protocoles expérimentaux, interprétation critique des résultats, rédaction et communication scientifique sont indispensables. Un goût affirmé pour le travail en équipe et la recherche du bien-être collectif au travail sera apprécié afin de maintenir et développer des bonnes conditions de travail.

Contexte de travail

Comprendre le fonctionnement des organismes vivants en décryptant leurs mécanismes, leurs dynamiques et leur comportement, c’est l’ambition du Centre de biologie intégrative (CBI) à Toulouse.Le CBI a été créé en 2016 comme une Fédération de Recherche sous la tutelle du Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) et de l’Université de Toulouse (UT). Aujourd’hui, le CBI rassemble plus de 400 personnes, réparties dans ses services de soutien, ses plateformes et environ 40 équipes réparties dans trois unités de recherche : Microbiologie (LMGM) Biologie Moléculaire, Cellulaire et du Développement (MCD) et Cognition Animale (CRCA). Ses équipes, plateformes et services sont composés de chercheu.r.se.s, d’enseignant.e.s-chercheu.r.se.s, de doctorant.e.s et post-doctorant.e.s, de personnels administratifs et techniques du CNRS, mais aussi de l’Université et de l’INSERM qui en font l’un des plus importants pôles de recherche scientifique en France. Le CBI bénéficie d’un environnement scientifique hautement collaboratif et innovant grâce à sa situation sur le campus principal de l’Université de Toulouse. Le CBI est membre du réseau Biologie et Biotechnologie pour la Santé (sFR B2S), dédié à la diffusion des connaissances et des informations de manière coordonnée entre les différents centres de recherche dans le domaine de la recherche en biologie et santé.
Au sein du CBI, le doctorant intégrera l'équipe Organisation dynamique du noyau dirigée par Frédéric Beckouët et Olivier Gadal. L'équipe cherche à répondre à la question centrale : Comment l’ARN polymérase et les complexes SMC influencent la configuration tridimensionnelle du génome, en utilisant Saccharomyces cerevisiae comme modèle. Ceci en combinant des approches :
– Génétiques, pour générer des mutants et en analyser les impacts
– Biochimiques et structurales, pour explorer les mécanismes des SMC et ARN polymérases
– Moléculaires, via des techniques comme le Hi-C, 3C et la ChIP pour étudier la transcription et le repliement de la chromatine
– Cellulaires, utilisant la microscopie avancée (vidéo, super-résolution, électronique) et des méthodes innovantes comme l’imagerie corrélative (CLEM)