Pri a novel target of ecdysone for the temporal control of drosophila development

Les avancées de la génomique montrent que les êtres vivants produisent de nombreux long ARNs noncodant, dont les fonctions restent globalement mal connues. Des données récentes indiquent que ces long ARNs apparemment noncodants peuvent cependant traduire des peptides à partir de petits cadres ouverts de lecture (smORFs). Si différentes approches établissent l'existence de ces smORF peptides, un enjeu important est d'élucider leur mode d'action et de déterminer s'ils peuvent participer à la régulation du développement. Notre équipe étudie le développement de l'épiderme chez la drosophile. Des travaux antérieurs ont bien établi le rôle clé d'un facteur de transcription, OvoL/Shavenbaby (Svb), qui gouverne la différenciation des cellules à trichomes de l'épiderme. Des études récentes de l'équipe ont permis d'identifier le répertoire des gènes cibles de Svb, qui codent différents effecteurs cellulaires collectivement responsables de la formation des trichomes. De manière inattendue, la différentiation des trichomes nécessite aussi la fonction d'un ARN atypique: polished rice / tarsal less / mille pattes (pri). Initialement découvert comme un long ARN noncodant, pri agit en réalité par la production de quatre smORF peptides (11-32aa). Une collaboration internationale a permis de démontrer que les peptides Pri induisent une maturation post-traductionnelle de la protéine Svb, la transformant d'un répresseur à un activateur de transcription. Ainsi, alors que l'expression de Svb définit le registre spatial des cellules à trichome, les peptides Pri sont requis pour mettre en route le programme transcriptionnel de leur différenciation. Si les travaux de l'équipe viennent d'identifier les mécanismes moléculaires de l'activation de Svb par les peptides Pri, la logique développementale de cette régulation complexe restait à explorer. Pour aborder cette question, mes travaux de thèse ce sont concentrés sur la recherche des mécanismes transcriptionnels contrôlant l'expression du gène pri. En effet, cette problématique apparaissait particulièrement importante car c'est finalement l'expression de pri qui va déclencher la formation des trichomes dans les cellules Svb positives. Dans une première étape, j'ai utilisé une série de chromosomes bactériens artificiels introduits chez la drosophile pour délimiter l'étendue du locus génétique indispensable à la fonction de pri. Bien que pri code un ARN sans intron d'environ 1,5 kilobases (kb), mes test génétiques ont montré que l'unité fonctionnelle du gène pri s'étend sur plus de 50kb ! J'ai construit une batterie de lignées transgéniques rapportrices, qui ont permis d'identifier un ensemble de régions cis-régulatrices distinctes, dirigeant l'expression de pri dans différents tissus et stades de développement. En collaboration avec les autres membres de l'équipe, nos travaux ont montré que l'expression de pri est sous le contrôle de l'ecdysone, une hormone stéroïde bien connue pour son rôle clé dans la régulation temporelle des transitions développementales, incluant les mues larvaires et la métamorphose. Des données complémentaires soutiennent un rôle direct du récepteur nucléaire à l'ecdysone (EcR) pour l'expression de pri, et j'ai complété ces résultats en montrant l'importance du site de liaison à EcR pour l'activité de la région cis-régulatrice dirigeant la transcription de pri dans l'épiderme. L'ensemble de ces données établit donc qu'un rôle majeur de pri est de relayer l'action systémique de l'hormone stéroïde pour définir précisément la temporalité d'exécution de la différenciation épidermique, aux stades successifs du développement embryonnaire et post-embryonnaire. Ces résultats permettent ainsi d'expliquer l'importance développementale des peptides Pri dans le contrôle temporel de la différenciation de l'épiderme, et des données additionnelles suggèrent une implication plus large de Pri dans l'implémentation du signal ecdysone pour la régulation temporelle de différents programmes transcriptionnels du développement.Recent advances in genomics have revealed that most species produce a broad variety of long non-coding RNAs, whose functions remain generally not well understood. A growing body of evidence yet indicates that apparently non-coding RNAs can often encode peptides from small Open-Reading Frames (smORFs). While additional data clearly support their translation in cells, an important issue is to elucidate the putative mode of action of smORF peptides and whether these peptides could contribute to the regulation of differentiation or development. Our team is studying the development of epidermal derivatives in flies. Previous work has identified a key transcription factor, OvoL/Shavenbaby (Svb) that governs the differentiation of epidermal trichomes, which are cuticle extensions contributing to different aspects of the insect life. Svb is both required and sufficient to determine trichome formation, and thus Svb expression defines which subsets of cells form trichomes. Recent studies showed that Svb directly activates the expression of a large number of genes encoding cellular effectors, collectively responsible for trichome differentiation. Unexpectedly, trichome formation also requires an atypical RNA, called polished rice/ tarsal less/ mille pattes (pri), which was initially considered as non-coding but that acts through the production of four smORF peptides (11-32aa). The absence of pri leads to embryos lacking any trichomes, as seen following the inactivation of Svb, thus suggesting a functional interaction between Pri & Svb. Indeed, a collaborative work has demonstrated that Pri peptides induce a post-translational maturation of the Svb protein, switching its activity from a transcriptional repressor to an activator. Therefore, whereas Svb expression defines the spatial pattern of epidermal cells forming trichomes, Pri peptides are required to turn ON the genetic program of trichome differentiation. While recent work in the team now unravels the molecular mechanisms by which Pri peptides achieve Svb maturation, the developmental rationale of such a complex process remained to be explored. To address this question, the aim of my PhD has been to investigate the transcriptional control of pri expression. This issue appeared important since this is ultimately the onset of pri expression that defines when the transcriptional program of trichome is executed, in Svb positive cells. In a first step, I used a series of bacterial artificial chromosomes to functionally delineate the extent of the pri genetic locus. Although pri is an intron-less RNA of approx. 1.5kb, rescuing assays showed that pri function relies on distant genomic regions, spanning more than 50 kb. Using a battery of in vivo reporter constructs, I then characterized pri genomic regions and found that they include a large array of cis-regulatory regions driving pri expression in different tissues, and at several stages of embryonic and post-embryonic development. In collaboration with other members of the team, our studies further demonstrate that pri expression is regulated by the ecdysone steroid hormone, a signaling pathway well known for providing a temporal control of developmental transitions. We collected a set of complementary pieces of evidence showing that the Ecdysone Receptor activates the expression of pri, directly binding to different enhancers that drive various spatiotemporal patterns of pri expression. All together, these data establish that a main role of pri is to mediate the systemic signal of steroid hormone to precisely time the execution of epidermal differentiation, at the successive stages of Drosophila development. This allows us to explain the developmental importance of Pri peptides in the temporal control of epidermis differentiation, and additional results suggest a broader implication of Pri in implementing ecdysone signaling for the timing of different programs of development