Mechanistic insights of SIDER2 retroposon-mediated mRNA decay in Leishmania

Leishmania est un pathogène important pour la santé humaine avec plus de 350 millions de personnes à risque dans le monde. Leishmania présente des caractéristiques uniques en termes de régulation génique constituant ainsi un excellent modèle pour l’étude des mécanismes de régulation génique. Chez Leishmania ainsi que les autres Trypanosomatidae, il n’y a pas de controle au niveau de l’initiation de la transcriptin et la regulation se fait pas presque exclusivement au niveau post-transcriptionnel. Les éléments régulateurs en cis situés dans les régions 3' non-traduites (3'UTRs) des ARN messagers chez Leishmania (ARNms) sont essentiels pour la régulation de la stabilité ou la traduction des transcrits. Malgré les efforts considérables déployés pour l’identification de ces éléments régulateurs, uniquement quelques centaines ont été caractérisées chez les eucaryotes. Nous avons identifiés une nouvelle classe de rétroéléments agissant en cis, appelés SIDERs (Short Interspersed DEgenerate Retroposons) qui sont largement distribués dans le génome du parasite (>2000 copies de SIDER1 et SIDER2), situés pour la plupart dans la région 3ʹUTR. Les transcrits contenant SIDER2 le région 3ʹUTR sont dégradés par un mécanisme indépendant de la déadénylation initié par un clivage endonucléolytique au sein de la séquence signature II (SII) qui est conservée parmi SIDER2. Mon travail a consisté à déterminer les séquences nécessaires pour le clivage endonucléolytique et à identifier les trans-régulateurs jouant un rôle dans la dégradation des ARNm dépendante de SIDER2. Nous avons adopté une approche de purification d'affinité d'ARN étiquetés MS2 permettant de capturer les facteurs trans-régulateurs. Parmi ces éléments liant spécifiquement SIDER2, la Pumilio protéine PUF6 est responsable de la dégradation du transcrit rapporteur possédant la séquence SIDER2 en 3ʹUTR. De plus, l’inactivation du gène PUF6 se manifeste par une augmentation de stabilité des transcrits, suggérant un rôle de PUF6 dans la dégradation des ARNm médiée par SIDER2. Des études de mutations au sein de la séquence conservée, signature II, responsable de la régulation de la dégradation, ont permis de souligner l’importance de sites de clivages putatifs, précédemment identifiés au niveau de SIDER2. De plus, deux régions additionnelles proches de l’extrémité terminale de la séquence SIDER2 se sont révélées de jouer aussi un rôle au niveau de la déstabilisation de l’ARNm. Enfin, nous avons investigué le rôle de la traduction au niveau de la dégradation des ARNm médiée par SIDER2 et nous avons montré que la dégradation des transcrits SIDER2 est liée à une traduction active, soulignant ainsi l’importance de la machinerie de la traduction au niveau de la régulation globale des transcrits contenants des éléments SIDER2 dans le 3’UTR..Leishmania spp. are important human pathogens which put lives of over 350 million people at risk, worldwide. Apart from being an important human pathogen, Leishmania has unique features in terms of gene regulation, rendering it an excellent model organism to study gene regulation mechanisms. Notably, Leishmania and other trypanosomatids lack control at the level of transcription initiation and therefore most of the regulation of gene expression takes place post-transcriptionally. Cis-acting elements in 3ʹ-untranslated regions (3ʹUTRs) of Leishmania messenger RNAs (mRNAs) are central to the regulation of mRNA decay or translation efficiency. We have identified a novel class of cis-acting retroposons, termed SIDERs (Short Interspersed DEgenerate Retroposons) that are widely distributed in the parasite genome (>2000 copies of SIDER1 and SIDER2), mostly within 3ʹUTRs. Transcripts bearing SIDER2 in their 3ʹUTR are degraded via a deadenylation-independent pathway involving endonucleolytic cleavage within the conserved signature II (SII) sequence of SIDER2 elements. My research project aimed at determining the sequence requirements for endonucleolytic cleavage and identifying the trans-acting factor(s) contributing to SIDER2-mediated mRNA decay. We employed a tethering approach using the MS2 system to capture the trans-acting proteins in vivo. Amongst the proteins specifically tethered to SIDER2, the Pumilio protein PUF6 was shown to downregulate the SIDER2-harboring reporter transcript. Furthermore, inactivation of the PUF6 gene resulted in upregulation and increased transcript stability, indicating that PUF6 contributes to SIDER2-mediated decay. Mutational analysis within the conserved SII region, known to regulate decay, highlighted the importance of the previously mapped putative cleavage sites in mediating degradation of SIDER2-containing transcripts. Furthermore, two additional regions closer to the end of the SIDER2 sequence were found to contribute to mRNA destabilization. Finally, we addressed the requirement of translation for SIDER2 mediated decay and showed that degradation of SIDER2 transcripts is linked to ongoing translation, underscoring significance of the translation apparatus in global regulation of SIDER2-containing transcripts