Structure of the germline genome of Tetrahymena thermophila and relationship to the massively rearranged somatic genome

The germline genome of the binucleated ciliate Tetrahymena thermophila undergoes programmed chromosome breakage and massive DNA elimination to generate the somatic genome. Here, we present a complete sequence assembly of the germline genome and analyze multiple features of its structure and its relationship to the somatic genome, shedding light on the mechanisms of genome rearrangement as well as the evolutionary history of this remarkable germline/soma differentiation. Our results strengthen the notion that a complex, dynamic, and ongoing interplay between mobile DNA elements and the host genome have shaped Tetrahymena chromosome structure, locally and globally. Non-standard outcomes of rearrangement events, including the generation of short-lived somatic chromosomes and excision of DNA interrupting protein-coding regions, may represent novel forms of developmental gene regulation. We also compare Tetrahymenas germline/soma differentiation to that of other characterized ciliates, illustrating the wide diversity of adaptations that have occurred within this phylum.</p

Réarrangements du génome chez Paramecium tetraurelia : ligases ADN et voies de End-Joining

<p>De manière spectaculaire, les ciliés remodèlent l'intégralité de leur génome germinal, de façon reproductible à chaque cycle sexuel, lors de la formation de leur noyau somatique (macronoyau, ou MAC). Conjointement à une synthèse élevée d'ADN, qui permettra d'atteindre le niveau de polyploïdie nal du MAC (800n), des séquences d'ADN sont éliminées. Chez la paramécie, à l'élimination imprécise de séquences répétées liée à la fragmentation des chromosomes, s'oppose l'élimination précise de séquences internes, les IES (pour Internal Eliminated Sequences ). Les IES sont de courtes séquences non codantes, présentant un dinucléotide 5'-TA-3' à chacune de leurs bornes, et réparties dans l'ensemble du génome, tant dans les séquences codantes que non codantes.</p> <p>Des cassures double-brin (CDB) ont été caractérisées aux bornes des IES au laboratoire : l'excision précise de ces séquences nécessite donc que les chromosomes soient refermés lors d'une étape de réparation sans perte de séquence macronucléaire. Étant donnée la densité estimée des IES (plusieurs dizaines de milliers par génome haploïde), ceci impliquerait la présence d'une CDB à réparer tous les 1 à 2 kb, un réel dé à relever lors du développement de chaque nouveau MAC. La géométrie particulière des CDB, de 4 bases sortantes en 5' et centrées sur le TA, ainsi que l'observation d'un seul TA au niveau des jonctions formées sur les produits moléculaires de l'excision, a contribué à la proposition d'un modèle d'excision basé sur l'introduction d'une CDB à chaque borne, suivie d'une réparation par recollement des extrémités.</p> <p>Mon travail de thèse s'inscrit dans la problématique de l'identication des acteurs protéiques impliqués dans les réarrangements, et plus précisément dans l'excision des IES. Je me suis intéressée à l'étape nale de la réparation, ce qui m'a amenée à caractériser les ligases ADN dépendantes de l'ATP chez la paramécie. L'analyse fonctionnelle de la Ligase IV et de son partenaire Xrcc4, impliqués dans une voie cellulaire canonique de réparation des CDB (Non Homologous End-Joining ou NHEJ), a montré qu'ils étaient indispensables à la réparation des CDB introduites lors de l'excision des IES. Mes résultats ont permis d'apporter une preuve directe que des CDB initiatrices sont introduites de part et d'autre de chaque IES et d'intégrer les acteurs protéiques de la voie NHEJ, avérés ou supposés, dans un modèle actualisé d'excision des IES. Ainsi, la paramécie constitue un organisme modèle potentiellement très intéressant pour l'étude, à l'échelle d'un génome entier, de l'implication de la voie NHEJ dans la réparation précise de CDB introduites de façon programmée.</p