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Mécanismes de régulation des gènes par les facteurs de transcription

Nous explorons les mécanismes de régulation de la transcription qui régissent la régulation du génome à l'interface des facteurs de transcription, des protéines de la chromatine et de la machinerie de transcription, en encadrant les résultats dans les processus de développement.

La régulation des gènes est au cœur du destin cellulaire et dépend fortement de l’activité des facteurs de transcription. On sait peu de choses sur la façon dont les complexes de régulation de la transcription s’assemblent, comment ils négocient la chromatine et ce qui sous-tend leur spécificité fonctionnelle et leur diversité. Nos projets visent à explorer les mécanismes de régulation de la transcription pour, à terme, mieux comprendre la régulation du génome. Nous nous concentrons sur les facteurs de transcription Hox, une famille de facteurs de transcription à homéodomaine ayant des fonctions clés dans le développement, l’évolution et les processus physio-pathologiques.

Les travaux de l’équipe ont contribué à clarifier le paradoxe de la spécificité de Hox, en identifiant les séquences protéiques intrinsèques de Hox responsables de la spécificité, et en découvrant de nouveaux modes d’interactions avec les cofacteurs de spécificité de la classe PBC. Nous avons également identifié des liens physiques et fonctionnels avec les protéines de la chromatine, notamment les protéines du complexe PcG et Mediator, ainsi que des liens avec le facteur de pause de la transcription M1BP, reliant l’activité des protéines Hox à la modification de la chromatine et à l’activité de la machinerie basale de transcription.

Plus récemment, nous avons découvert une nouvelle facette de la fonction des protéines Hox, où les protéines Hox agissent de manière non spécifique aux paralogues, une propriété qui correspond mieux aux propriétés biochimiques Hox partagées. Nos directions de recherche actuelles visent à étudier au niveau physiologique comment les fonctions spécifiques et non spécifiques de Hox sont liées les unes aux autres, en explorant les fonctions des protéines Hox dans deux tissus, le corps gras larvaire et le développement musculaire adulte. Les travaux visent également à découvrir les principes moléculaires des fonctions génériques de Hox, qui n’ont jusqu’à présent pas été étudiés.

Drosophila suzukii évalue la qualité d'une cerise mûre avant de décider où pondre un œuf

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Étudiante en doctorat, aujourd'hui Chief Busness Officer Eligo Bioscience
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Docteur, aujourd'hui chef de groupe à IGFL, Lyon
Saadaoui Mehdi
Étudiant en doctorat, maintenant CR CNRS à IBDM
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Étudiant en doctorat, maintenant CR CNRS, Chef de groupe à l'IBV, Nice
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Doctorant, actuellement chef de groupe à l'Institut Cochin, Paris.
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Étudiant en doctorat, actuellement écrivain indépendant
Ankush Auradkar
Étudiant en doctorat, actuellement postdoc à l'Université de San Diego
Amel Zouaz
Étudiant en doctorat, actuellement technicien de recherche à l'IBDM
Meiggie Macchi
Etudiante en doctorat, actuellement enseignante dans une école secondaire
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Etudiante en doctorat, actuellement rédactrice médicale chez VMLY&R International
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Etudiante en doctorat, actuellement post-doctorante à l'IBMB, Barcelone
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Étudiante en doctorat, actuellement post-doctorante à l'Université de Californie, Berkeley
Lucrezia Rinaldi
Étudiante en doctorat, actuellement boursière post-doctorale au Beth Israel Deaconess Medical Center/Harvard Medical School, USA

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Mécanismes de régulation des gènes par les facteurs de transcription

We explore the transcription regulatory mechanisms that govern genome regulation at the interface of transcription factors, chromatin proteins and the transcription machinery, framing findings in developmental processes.

The role of Hox in the development of Drosophila adult muscle development

The Drosophila life cycle comprises two mobile stages, the larval stage where the crawling movements enable larval feeding and the adult stage where flies can fly, jump and walk. Distinct sets of muscles, produced by two rounds of myogenesis are used during each stage, with larval muscles being produced during embryogenesis and the adult muscles during metamorphosis. In the embryonic somatic mesoderm, Hox gene expression has a spatially restricted pattern, where Scr is expressed in the first thoracic segment, T1, Antp in T2 and T3, Ubx in abdominal segments A1-A7, abd-A in A4-A8 and AbdB in A8-A9. Numerous studies have demonstrated a clear role for Hox genes in embryonic muscle patterning where Hox genes would confer a specific identity to the muscle precursors and account for segment-specific differences in the muscle pattern, through Hox-mediated regulation of muscle identity transcription factors (iTF).

The postembryonic development of the muscles of the adult fly has been the focus of much recent investigation of myogenesis since specific flight muscles of the fly (the indirect flight muscles, IFM) and appendicular myogenesis of the leg muscle manifest remarkable similarities to vertebrate myogenesis in their development and organisation. We are studying the role Hox, as well as other transcription factors play in the development of Drosophila adult musculature, focussing on two main sets of adult Drosophila musculature: the flight and leg muscles.

Transcriptional regulation of oxidative metabolism during Drosophila adult myogenesis

Mitochondria act as central metabolic hubs and their plasticity is essential to this function, where they rapidly adapt to changing environmental cues and metabolic alterations to meet the biogenetic demands of the cell. At the heart of mitochondrial metabolism lays oxidative phosphorylation (OXPHOS), a process that is fuelled by respiration and the electron transport chain (ETC). Nuclear genes that encode the vast majority of OXPHOS complex subunits are ubiquitously expressed from TATA-less promoters, a characteristic of “housekeeping genes” usually not subject to large amplitudes in gene expression. This has incorrectly conveyed the idea that transcriptional regulation is not key to plasticity in OXPHOS gene expression.
We, and others have shown that Drosophila M1BP is a sequence-specific RNA Polymerase II pausing factor that cooperates with other transcription factors, including Hox, to increase transcriptional output. We have recently shown that M1BP is an essential master transcriptional regulator of oxidative metabolism and are studying the gene regulatory network and changes in the chromatin landscape that are at the heart of transcriptional plasticity of OXPHOS gene expression in response to cellular needs. To this end, we use the Drosophila indirect flight muscle (IFM) as model since massive and selective increase in OXPHOS gene expression is observed during IFM development during pupation.

Metabolic control in the Drosophila larval fat body

We recently uncovered an unconventional Hox protein activity in the Drosophila fat body. In this tissue Hox proteins are neither differentially expressed, nor act in a paralog-specific manner to provide positional information. Instead, Hox proteins all provide a same and unique function, by timing the onset of developmental autophagy. Transcriptomic characterisation of Hox function in the fat body supports a Hox generic autophagy control, but also identifies a larger fraction of genes that appear specifically controlled by individual Hox proteins, many of which encode metabolic related genes. These recent findings open novel avenues to study Hox generic functions and how they relate to specific ones. In a broader perspective, they also provide the frame to interrogate the cellular links between developmental control and metabolism, and uncover the molecular bases for cellular specialisation of the fat body, a Drosophila liver/adipose like tissue, that despite its pleiotropic functions is seen as an homogenous entity. Ongoing work aims at addressing these physiological and mechanistic issues.

Molecular modalities of Hox protein mode of action

The importance of Hox proteins in development, evolution and physio-pathological processes is strongly established. Contrasting with this, very little is known about how Hox proteins operate as transcription factors. Our team has a longstanding interest in deciphering the intrinsic molecular support for Hox protein functions. Work focused on deciphering the modalities of Hox protein specificity, i.e. how proteins with a highly conserved DNA binding domain reach functional diversity, characterising the interface with the transcription machinery and chromatin.
Well-known for their specific functions in promoting morphological diversification during development and evolution Hox proteins also share common functions, which has long been overlooked and only recently highlighted. We recently explored how Drosophila Ubx and AbdA, two phylogenetically strongly related proteins Hox proteins, perform identical functions, with the intuitive assumption that it would rely on conserved Ubx/AbdA protein sequences. Surprisingly we found that protein motifs conserved in Ubx and AbdA are distinctly used for shared genomic targeting and multiple developmental functions, highlighting distinct molecular strategies for shared in vivo functions. These results challenge the view that conserved protein motifs generally serve identical functions, and suggest that not only motif presence but also motif usage is central to changes/evolution of protein activity. Ongoing work aims at elucidating how Intrinsically disordered protein region (IDR), containing Short Linear Motifs (SLiMs), defines the mode of motif usage.