Thèse Décoder la Syntaxe de la Réponse à l'Auxine. Bases Structurales et Fonctionnelles de la Reconnaissance de l'Adn par le Facteur de Transcription Arf5. H/F - 38

Établissement : Université Grenoble Alpes
École doctorale : CSV- Chimie et Sciences du Vivant
Laboratoire de recherche : LPCV - Laboratoire de Physiologie Cellulaire Végétale
Direction de la thèse : Renaud DUMAS ORCID 0000000314043274
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-04-09T23:59:59

Les Facteurs de transcription de Réponse à l'auxine (ARFs) sont des régulateurs clés de la signalisation à l'auxine, l'hormone végétale qui orchestre la croissance et le développement des plantes. Ces facteurs possèdent la capacité fascinante de générer une grande diversité de réponses transcriptionnelles à partir d'un même motif de liaison à l'ADN, l'Auxin Response Element (AuxRE). Comment un même motif peut-il produire des effets aussi variés ? Les bases moléculaires de cette spécificité restent largement inconnues. Contrairement à la plupart des facteurs de transcription, les ARFs peuvent former des dimères capables de reconnaître plusieurs arrangements d'AuxRE, en tandem, inversés ou en miroir. Cette plasticité de reconnaissance, rendue possible par des organisations structurales encore méconnues, pourrait illustrer un principe plus général de flexibilité transcriptionnelle. Cette thèse vise à élucider les bases structurales de la reconnaissance des différents arrangements d'AuxRE par ARF5 (MONOPTEROS), un représentant emblématique de la famille. Elle explorera comment ses différents domaines - le domaine de liaison à l'ADN (DBD), la région centrale désordonnée (MR) et le domaine de liaison aux répresseurs (PB1) - coopèrent pour moduler la spécificité de liaison à l'ADN et la fonction transcriptionnelle. En combinant biologie structurale (cryo-EM), biochimie et analyses fonctionnelles (DAP-seq, essais transcriptionnels), cette thèse fournira le premier modèle intégratif expliquant comment la structure d'ARF5 conditionne sa capacité à lier différentes architectures d'ADN et à réguler l'expression des gènes, tout en offrant au doctorant une formation interdisciplinaire de pointe.

Chez les plantes, de nombreux processus développementaux sont contrôlés par l'hormone auxine, qui induit des reprogrammations transcriptionnelles majeures via les facteurs de transcription Auxin Response Factors (ARFs)(1). Bien que l'auxine constitue un signal unique, elle déclenche une grande diversité de réponses transcriptionnelles selon les tissus et les contextes cellulaires. Une question centrale est donc de comprendre comment cette diversité est encodée au niveau transcriptionnel.

Des travaux récents ont montré que les ARFs, répartis en trois classes fonctionnelles (A, B et C), reconnaissent des paires d'éléments-cis appelés AuxREs (Auxin Responsive Elements), organisés selon différentes architectures syntaxiques : répétitions inversées (IR), éversées (ER) ou directes (DR)(1,2). Des approches combinant promoteurs synthétiques et transcriptomique unicellulaire ont démontré que la combinaison d'ARFs exprimés dans un type cellulaire donné, associée à l'architecture des AuxREs, sous-tend la diversité des réponses transcriptionnelles à l'auxine (3).

Malgré ces avancées conceptuelles, les bases moléculaires et structurales de la reconnaissance différentielle de ces architectures d'éléments-cis par les ARFs restent largement inconnues. En particulier, il demeure difficile d'expliquer comment des ARFs reconnaissant un motif AuxRE identique en monomère acquièrent des spécificités distinctes lorsqu'ils agissent en dimères ou en complexes d'ordre supérieur. Contrairement à la majorité des facteurs de transcription, qui reconnaissent une configuration unique d'éléments-cis, les ARFs sont capables de lier plusieurs architectures, suggérant l'existence de mécanismes structuraux originaux.

À ce jour, seules quelques structures partielles d'ARFs ont été résolues, principalement pour des ARFs de classe B ou pour des domaines isolés (4,5). Des avancées méthodologiques récentes permettent désormais la production d'ARF5 (MONOPTEROS), représentant majeur de la classe A, et ont conduit à l'obtention d'un premier modèle cryo-EM du domaine de liaison à l'ADN d'ARF5 en complexe avec une architecture IR. Ces résultats ouvrent la voie à une exploration systématique des mécanismes structuraux de reconnaissance de l'ADN par ARF5.

L'objectif général de la thèse est de déterminer les bases structurales et fonctionnelles de la reconnaissance de l'ADN par ARF5, et de comprendre comment cette reconnaissance dépend de l'architecture des éléments-cis AuxRE (IR, ER, DR), afin d'expliquer la diversité des réponses transcriptionnelles dépendantes de l'auxine.

Plus précisément, le projet vise à :

- Déterminer les structures haute résolution d'ARF5 lié aux différentes architectures d'AuxRE.
- Comprendre le rôle des domaines non directement impliqués dans la liaison à l'ADN (MR et PB1) dans la spécificité de reconnaissance.
- Relier les interfaces structurales identifiées à leur impact fonctionnel sur la régulation transcriptionnelle.

Le projet repose sur une approche intégrative combinant :

- Biologie structurale : cryo-microscopie électronique de complexes ARF5-ADN assemblés in vitro à partir de protéines ARF5 de pleine longueur produites en cellules eucaryotes ; modélisation structurale et analyses comparatives.
- Biochimie des protéines : purification, chromatographie, photométrie de masse, analyses de retard sur gel (EMSA), mutagénèse ciblée des interfaces protéine-ADN et protéine-protéine.
- Approches complémentaires : spectrométrie de masse après réticulation (XL-MS) pour cartographier les interactions lorsque certaines régions restent structurellement inaccessibles.
- Génomique fonctionnelle et analyses cellulaires : DAP-seq pour l'étude des profils de liaison à l'ADN, essais transcriptionnels dans des protoplastes végétaux utilisant des promoteurs synthétiques et des architectures régulatrices complexes.