Eukaryotic Ribosomal RNA Modification

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Understanding human ribosome biogenesis

Les ribosomes sont des macrocomplexes ribonucléoprotéiques sophistiqués, essentiels pour décoder l’information génétique et la traduire en protéines fonctionnelles. Chez les organismes eucaryotes, le ribosome est constitué de deux sous-unités, la petite (40S) et la grande (60S). Leur biogenèse est un processus fondamental, très complexe, qui mène à la synthèse et l’assemblage de 4 ARNr et 80 protéines ribosomiques (79 chez la levure). La biogenèse du ribosome a longtemps été étudiée chez Saccharomyces cerevisiae. Près de 20 ans de recherches ont été nécessaires à la communauté scientifique pour identifier les quelques 200 facteurs de synthèse du ribosome levurien. Alors que le schéma global de cette voie de biosynthèse semble conservé chez les organismes eucaryotes, de nombreux éléments suggèrent qu’elle serait plus élaborée chez l’homme et nécessiterait un plus grand nombre de facteurs que chez la levure. De plus, la caractérisation de nombreuses ribosomopathies, ou maladies du ribosome prédisposant aux cancers, a suscité un intérêt accru pour l’étude de la voie de biosynthèse du ribosome dans le paradigme expérimental le plus approprié, la cellule humaine.Au cours de ma thèse de doctorat, j’ai contribué à un projet systématique d’identification de facteurs d’assemblage (FA) du ribosome chez l’homme. Pratiquement, nous avons identifié 286 FA humains, dont beaucoup sont homologues aux facteurs levuriens connus, et 74 sont sans équivalent chez la levure. Par ailleurs, j’ai caractérisé en détail certains facteurs. En particulier, Trm112 pour lequel j’ai montré qu’il agit comme un stabilisateur de la méthyltransférase (MTase) Bud23, spécifique à l’ARNr 18S de la sous-unité levurienne 40S. J’ai également participé à la caractérisation de mutations à l’interface du complexe Bud23-Trm112. Enfin, j’ai contribué à l’étude de trois FA que nous avons identifiés chez l’homme, DIMT1L et WBSCR22-TRMT112. J’ai montré que ces protéines sont les orthologues des MTases levuriennes Dim1 et Bud23-Trm112, qu’elles sont requises pour la synthèse et la modification de l’ARNr mature de la petite sous-unité ribosomique, et qu’elles seraient impliquées dans un mécanisme conservé contrôlant la qualité de la voie de biosynthèse du ribosome.La totalité des FA que nous avons identifiés en cellule humaine sont à la disposition de la communauté scientifique dans une base de données en ligne accessible sur la page www.RibosomeSynthesis.com. Nous espérons que cette ressource contribuera à une meilleure compréhension des mécanismes moléculaires sous-jacents au développement des ribosomopathies et à l’élaboration d’agents thérapeutiques efficaces.Doctorat en sciences, Spécialisation biologie moléculaireinfo:eu-repo/semantics/nonPublishe

The human 18S rRNA base methyltransferases DIMT1L and WBSCR22-TRMT112 but not rRNA modification are required for ribosome biogenesis.

At the heart of the ribosome lie ribosomal RNAs, whose catalytic function in translation is subtly modulated by posttranscriptional modifications. In the small ribosomal subunit of budding yeast, on the 18S rRNA, two adjacent adenosines (A1781/A1782) are N(6)-dimethylated by Dim1 near the decoding site, and one guanosine (G1575) is N(7)-methylated by Bud23-Trm112 at a ridge between the P- and E-site tRNAs. Here we establish human DIMT1L and WBSCR22-TRMT112 as the functional homologues of yeast Dim1 and Bud23-Trm112. We report that these enzymes are required for distinct pre-rRNA processing reactions leading to synthesis of 18S rRNA, and we demonstrate that in human cells, as in budding yeast, ribosome biogenesis requires the presence of the modification enzyme, rather than its RNA-modifying catalytic activity. We conclude that a quality control mechanism has been conserved from yeast to man, whereby binding of a methyltransferase to nascent pre-rRNAs is a prerequisite to processing, so that all cleaved RNAs are committed to faithful modification. We further report that 18S rRNA dimethylation is nuclear in human cells, in contrast to yeast, where it is cytoplasmic. Yeast and human ribosome biogenesis thus have both conserved and distinctive features.SCOPUS: ar.jinfo:eu-repo/semantics/publishe

Detecting Material State Changes in the Nucleolus by Label-free Digital Holographic Microscopy

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Ribosome biogenesis: an emerging druggable pathway for cancer therapeutics

International audienceRibosomes are nanomachines essential for protein production in all living cells. Ribosome synthesis increases in cancer cells to cope with a rise in protein synthesis and sustain unrestricted growth. This increase in ribosome biogenesis is reflected by severe morphological alterations of the nucleolus, the cell compartment where the initial steps of ribosome biogenesis take place. Ribosome biogenesis has recently emerged as an effective target in cancer therapy, and several compounds that inhibit ribosome production or function, killing preferentially cancer cells, have entered clinical trials. Recent research indicates that cells express heterogeneous populations of ribosomes and that the composition of ribosomes may play a key role in tumorigenesis, exposing novel therapeutic opportunities. Here, we review recent data demonstrating that ribosome biogenesis is a promising druggable pathway in cancer therapy, and discuss future research perspectives

Probing the human nucleolar proteome for novel pre-rRNA processing factors.

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The complexity of human ribosome biogenesis revealed by systematic nucleolar screening of pre-rRNA processing factors

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Comprehensive identification of diverse ribosomal RNA modifications by targeted nanopore direct RNA sequencing and JACUSA2

Ribosomal RNAs are decorated by numerous post-transcriptional modifications whose exact roles in ribosome biogenesis, function, and human pathophysiology remain largely unknown. Here, we report a targeted direct rRNA sequencing approach involving a substrate selection step and demonstrate its suitability to identify differential modification sites in combination with the JACUSA2 software. We compared JACUSA2 to other tools designed for RNA modification detection and show that JACUSA2 outperforms other software with regard to detection of base modifications such as methylation, acetylation and aminocarboxypropylation. To illustrate its widespread usability, we applied our method to a collection of CRISPR-Cas9 engineered colon carcinoma cells lacking specific enzymatic activities responsible for particular rRNA modifications and systematically compared them to isogenic wild-type RNAs. Besides the numerous 2′-O methylated riboses and pseudouridylated residues, our approach was suitable to reliably identify differential base methylation and acetylation events. Importantly, our method does not require any prior knowledge of modification sites or the need to train complex models. We further report for the first time detection of human rRNA modifications by direct RNA-sequencing on Flongle flow cells, the smallest-scale nanopore flow cell available to date. The use of these smaller flow cells reduces RNA input requirements, making our workflow suitable for the analysis of samples with limited availability and clinical work.SCOPUS: ar.jinfo:eu-repo/semantics/publishe

Deep assessment of human disease-associated ribosomal RNA modifications using Nanopore direct RNA sequencing - doi: https://doi.org/10.1101/2021.11.10.467884

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