Thèse Déterminants Physiques et Moléculaires de la Fonction Nucléolaire en Réponse aux Signaux Mécaniques H/F - 38

Établissement : Université Grenoble Alpes
École doctorale : CSV- Chimie et Sciences du Vivant
Laboratoire de recherche : IAB : Institute for Advanced Biosciences (UGA / Inserm U1209 / CNRS UMR 5309)
Direction de la thèse : Monika DOLEGA PYZALSKA ORCID 0000000320814709
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-04-09T23:59:59

Les nucléoles, organites subnucléaires, jouent un rôle central dans la biogenèse des ribosomes. Au sein de leurs sous-compartiments se déroulent les étapes de la transcription de l'ADN ribosomique (ADNr), du traitement de l'ARN ribosomique (ARNr) et de l'assemblage de l'ARNr avec les protéines ribosomiques. Fait intéressant, les nucléoles sont des organites dépourvus de membrane présentant les propriétés de condensats biomoléculaires et se formant par séparation de phase liquide-liquide (LLPS). Cette absence de membrane permet un échange rapide de signaux moléculaires et biophysiques entre le nucléole et son environnement, soutenant ainsi une fonction supplémentaire du nucléole : sa capacité à répondre à divers stress environnementaux, tels que les stress génotoxiques, oxydatifs ou osmotiques. Quelques études récentes suggèrent également que les nucléoles répondent aux signaux mécaniques (Shetty et Dolega, Biology of the Cell, 2026).

Nos travaux récents confirment que le stress mécanique induit d'importantes adaptations structurelles au niveau des nucléoles, accompagnées d'altérations fonctionnelles (manuscrit en préparation). Nous avons établi la première description moléculaire de la mécano-adaptation nucléolaire à une compression mécanique, basée sur la translocation de la nucléoline depuis la région promotrice de l'ADNr, entraînant une diminution de la transcription de l'ADNr et un traitement aberrant de l'ARNr. De plus, nous avons montré que cette translocation de la nucléoline est déclenchée par une perte de volume nucléaire associée à la compression mécanique.

Dans la thèse proposée, nous cherchons à comprendre comment les modifications des propriétés biophysiques du condensat biomoléculaire nucléolaire - telles que la viscosité, le molecular crowding et les frontières de phase internes - régulent les premières étapes de la biogenèse des ribosomes. Nous étudierons en particulier comment les signaux mécaniques affectent différemment les sous-compartiments nucléolaires (FC, DFC, GC), dont l'organisation stratifiée et la dynamique régie par la LLPS peuvent répondre spécifiquement aux déformations mécaniques. Le stress mécanique pourrait également induire des transitions de phase au sein du condensat nucléolaire, faisant évoluer son état matériel vers des comportements plus liquides, gélifiés ou solides, avec des conséquences potentielles sur le partitionnement moléculaire, l'efficacité de la transcription de l'ADNr et le traitement de l'ARNr. L'intégration de ces mécanismes nous permettra d'explorer comment la structure et la fonction du nucléole s'adaptent aux contraintes physiques.

Enfin, la mécanosensibilité nucléolaire étant de plus en plus associée à des contextes physiopathologiques, nous examinerons sa pertinence dans des pathologies telles que le cancer, où l'augmentation des contraintes compressives liées à la croissance tumorale modifie les propriétés mécaniques du noyau et l'organisation nucléolaire.

Le projet combinera des approches de caractérisation biologique et biophysique avec des techniques avancées de microscopie, ainsi que le développement méthodologique pour des mesures nucléolaires in vivo, incluant le suivi de particules uniques, le suivi de protéines uniques et la quantification de masse sèche. L'ensemble de ce travail devrait permettre de caractériser précisément la rétroaction bidirectionnelle entre les processus biologiques nucléolaires et les propriétés matérielles du nucléole, et de situer cette interaction dans un contexte physiopathologique.

STATE OF THE ART:
Nucleoli, sub-nuclear organelles, play a primary role in ribosome biogenesis with steps associated to ribosomal DNA (rDNA) transcription, ribosomal RNA (rRNA) processing, and assembly of rRNA with ribosomal proteins (Boisvert et al., 2007; Pederson, 2011). Interestingly, nucleoli are membrane-less organelles that exhibit the properties of biomolecular condensates and form through liquid-liquid phase separation (LLPS) (Brangwynne et al., 2011). The LLPS concept and biomolecular condensates constitute an exciting new field-introduced only about a decade ago-enabling a deeper understanding of the dynamics underlying numerous fundamental biological processes (Hyman, Weber & Jülicher, 2014). Phase separation is at the origin of the internal onion-like structure of nucleoli, including nucleolar sub-compartments with the core identified as the FC (fibrillar center), followed by the DFC (dense fibrillar component) and GC (granular component) (Feric et al., 2016). These compartments have well-established molecular compositions and functions that reflect the successive steps of ribosome biogenesis.

Recent work has shown that each of these compartments also has distinct rheological properties dependent on the maturation stage of rRNA during ribosome biogenesis, with the core being more elastic-like and the periphery more liquid-like (Falahati & Wieschaus, 2017; Feric et al., 2016), suggesting that physical properties are regulated by biological function. From a physical point of view, condensates and their stability are regulated by the concentration of their molecular components and by physico-chemical properties such as pH, ionic strength, or temperature (Hyman et al., 2014; Shin & Brangwynne, 2017), making them highly sensitive to environmental stresses. Among oxidative, genotoxic, osmotic, and heat-shock stressors, very recent reports underline the sensitivity of nucleoli to mechanical cues (Shetty & Dolega, 2026, in press).

We have recently discovered that mechanical compression exerts structural and functional nucleolar adaptation, with the FC disappearing and ribosome biogenesis decreasing. This response is rapid (seconds to minutes) and highly sensitive to cellular volume regulation in response to mechanical stress, suggesting that condensate properties and stability are perturbed (Shetty et al., in preparation). Interestingly, phase transitions from liquid-like to solid-like states and changes in rheological properties have previously been observed in nucleoli in pathological contexts, including cancer and neurodegenerative diseases (Shin & Brangwynne, 2017; Zink et al., 2004). It is therefore important to clearly establish the bidirectional link between the physical properties of the nucleolus and its function in order to identify regulatory mechanisms relevant in both normal physiology and pathology.

HOST TEAM AND SCIENTIFIC ENVIRONMENT:

The PhD project will be carried out within a research group (led by M.E. DOLEGA) specializing in epithelial mechanobiology and nuclear mechanics. The team investigates how mechanical constraints in the microenvironment-such as compression, tissue curvature, and tension fluctuations-are integrated by epithelial cells to regulate tissue homeostasis. Previous work from the group has shown that epithelial deformation triggers coordinated responses, including calcium waves, changes in nuclear tension, and transcriptional adaptation. These findings have highlighted the nucleolus as a potential central target of mechanical signaling, given its essential roles in ribosome biogenesis, cell-cycle regulation, and stress responses.

By combining biophysics, cell biology, micro-engineering, and molecular analyses, the team has developed a strong interdisciplinary expertise to dissect mechanotransduction pathways linking mechanical forces to nuclear and nucleolar responses. This environment provides the ideal framework for the proposed PhD project, with access to advanced microscopy platforms, custom mechanical devices, and long-standing experience in studying mechanical stress in epithelial systems.