Génomique des microorganismes - FRE 3214

Les grandes axes thématiques que l’on veut développer concernent les microbes et leur environnement, l’évolution, la dynamique des génomes, les réseaux de régulation transcriptomique et post-transcriptomique, les réseaux d’interaction entre protéines. Toutes questions sur comment les microbes s’adaptent, survivent, évoluent dans un environnement et leurs changements nous intéressent. Une ouverture vers la metagénomique et le séquençage à large échelle est envisagée.

Génomique comparée, génomique fonctionnelle, réplication, recombinaison, réarrangements chromosomiques, évolution, interaction entre protéines, séquences, structures de protéines, miRNA, gènes essentiels, biais de codons, periodicité chromosomale, réseaux de transcription, levures, bactéries.

L’unité est aujourd’hui constituée par 3 équipes et à partir du 1er Octobre 2009 deux autres équipes expérimentales la rejoindront à la suite des nouveaux recrutements.

Génomique Analytique – Alessandra Carbone (Professeur, Departement d’Informatique, UPMC)

Le groupe travaille sur plusieurs problèmes reliés au fonctionnement et à l’évolution des systèmes biologiques. En particulier, nous sommes intéressés à une description systémique des réseaux génétiques et biochimiques, comme par exemple ceux impliqués dans la régulation des gènes.
Cette approche est fondée sur des mesures quantitatives expérimentales, et théoriques, et sur des modélisations. Des méthodes mathématiques provenant des statistiques et de la combinatoire, ainsi que des outils algorithmiques sont utilisés pour étudier les principes fondamentaux du fonctionnement cellulaire en partant de données génomiques.
Nos projets sont tous conçus pour comprendre les principes de base de l’évolution et de la co-évolution des structures moléculaires dans une cellule. Ils sont intimement reliés l’un à l’autre. Trois projets concernent l’évolution et le développement d’outils bioinformatiques pour la détection de :
1. protéines éloignées
2. réseaux de résidus co-évolués impliqués dans l’allostericité et dans les fonctions
3. sites fonctionnels des complexes protéiques et partenaires protéiques potentiels

et deux concernent l’évolution des séquences, notamment :
4. l’identification de gènes essentiels, la biologie synthétique et l’évolution des génomes
5. la détection de signaux de régulation dans les séquences, prédiction de miRNA.

Les applications sont multiples et jouent un rôle dans la mutagenèse dirigée, la biologie synthétique, l’organisation des données de metagénomique et l’annotation des génomes.

Structure, dynamique et évolution des réseaux génétiques – Fréderic Devaux (Professeur, Département de Sciences de la Vie, UPMC)

Thèmes de recherche : Analyse in vivo et in silico des réseaux génétiques contrôlant la réponse des levures aux stress chimiques. Etude des réseaux de régulation post-transcriptionnelle impliqués dans la biogenèse mitochondriale. Méthodologies : analyses de transcriptome, imagerie de l’expression des gènes, analyse d’interactions protéines/acides nucléiques, modélisation informatique, phylogénie des réseaux de régulation.

Biologie des Génomes – Gilles Fischer (CR1 CNRS)

Notre équipe travaille sur le fonctionnement et l'évolution des génomes des levures. Nous développons une approche qui combine une dimension expérimentale reposant sur des compétences de génétique moléculaire et de génomique fonctionnelle et une dimension analytique qui nécessite l'utilisation d'outils bioinformatiques pour l'étude des séquences génomiques et le développement d'analyses comparatives.

Nous recherchons les mécanismes moléculaires responsables des réarrangements chromosomiques. Nous étudions les mécanismes de duplication d'ADN chez Saccharomyces cerevisiae et développons également des recherches sur les génomes d'autres espèces et notamment sur celles appartenant au clade des Lachancea. Nous sommes particulièrement intéressé par les relations existantes entre réplication et dynamique des chromosomes et tentons de retracer les événements successifs qui ont abouti à la diversité des structures chromosomiques et aux modifications du contenu des génomes de levures au cours de l'évolution.

Génomique Analytique. Nous avons developpé : le premier algorithme de détection de biais de codons dominant qui est applicable à n’importe quel génome car basé sur une analyse purement statistique de la séquence génomique, sans utilisation d’information biologique ; une méthode de prédiction in silico de gènes essentiels pour les génomes bacteriens ; un système de prédiction de sites d’interaction de protéines basé sur l’analyse évolutive des séquences de protéines ; une nouvelle approche (combinatoire) d’analyse de co-évolution de résidus  qui permet la détection de réseaux d’acides-aminés jouant un rôle dans l’allostericité.

Structure, dynamique et évolution des réseaux génétiques. Reconstruction de la structure et de l’évolution de réseaux transcriptionnels impliqués dans la réponse au stress. Caractérisation de nouveaux rôles pour les facteurs de transcription régulant la résistance à de multiples drogues au sein de ces réseaux de régulation.

Biologie des Génomes. Nous avons montré que les duplications segmentales se produisent à haute fréquence dans les génomes de levures et qu'elles résultent d'événements réplicatifs. Nous avaons d'ailleurs mis en évidence une nouvelle voie de réparation des cassures double-brin d'ADN, le MMIR (Microhomology/Microsatellite-Induced Replication)

Complexité du Vivant

EDITE

Locaux

Nationaux

Internationaux

CEFIPRA (Indo-french program)

Plateforme transcriptome Agilent (scanner Axon et four à hybridaiton Agilent)

S. Engelen, L.Trojan, S. Sacquin-Mora, R. Lavery, A. Carbone. Joint Evolutionary Trees: detection and analysis of protein interfaces, PLoS Computational Biology, 5(1): e1000267, 1-17, 2009.

S.Sacquin-Mora, A.Carbone, R.Lavery. Identification of protein interaction partners and protein-protein interaction sites via cross-docking simulations, Journal of Molecular Biology, 382:1276--1289, 2008.

J. Baussand, C. Deremble, A. Carbone. Periodic distribution of hydrophobic amino acids allows the definition of fundamental building blocks to align distantly related proteins, Proteins: Structure, Function and Bioinformatics, 67(3):695-708, 2007.

A.Carbone. Computational prediction of genomic functional cores specific to different microbes, Journal of Molecular Evolution, 63(6):733-746, 2006.

A. Carbone, N.C. Seeman. Circuits and Programmable Self-Assembling DNA Structures, Proceedings of the National Academy of Sciences USA, 99:12577-12582, 2002.

Lelandais G, Tanty V, Geneix C, Etchebest C, Jacq C, Devaux F. Genome adaptation to chemical stress: clues from comparative transcriptomics in Saccharomyces cerevisiae and Candida glabrata. Genome Biol. 2008;9(11):R164. Epub 2008 Nov 24.

Rougemaille M, Dieppois G, Kisseleva-Romanova E, Gudipati RK, Lemoine S, Blugeon C, Boulay J, Jensen TH, Stutz F, Devaux F, Libri D. THO/Sub2p functions to coordinate 3'-end processing with gene-nuclear pore association. Cell. 2008 Oct 17;135(2):308-21.

Salin H, Fardeau V, Piccini E, Lelandais G, Tanty V, Lemoine S, Jacq C, Devaux F. Structure and properties of transcriptional networks driving selenite stress response in yeasts. BMC Genomics. 2008 Jul 15;9:333.

Saint-Georges Y, Garcia M, Delaveau T, Jourdren L, Le Crom S, Lemoine S, Tanty V, Devaux F, Jacq C. Yeast mitochondrial biogenesis: a role for the PUF RNA-binding protein Puf3p in mRNA localization. PLoS ONE. 2008 Jun 4;3(6):e2293.

Fardeau V, Lelandais G, Oldfield A, Salin H, Lemoine S, Garcia M, Tanty V, Le Crom S, Jacq C, Devaux F. The central role of PDR1 in the foundation of yeast drug resistance.  J Biol Chem. 2007 Feb 16;282(7):5063-74. Epub 2006 Dec 11.

Payen C, Koszul R, Dujon B and G Fischer, Segmental duplications arise from Pol32-dependent repair of broken forks through two alternative replication-based mechanisms, PLoS Genetics (2008) Sep 5;4(9):e1000175.

Fischer G, Rocha EP, Brunet F, Vergassola M and B Dujon. Highly variable rates of genome rearrangements between Hemiascomycetous yeast lineages. PloS Genetics, (2006)  2(3):e32, 253-61

Koszul, R, Dujon B and G Fischer. Stability of large segmental duplication in the yeast genome. Genetics, (2006) 172(4):2211-22

Koszul R., Caburet S., Dujon B. and G. Fischer. Eucaryotic genome evolution through the spontaneous duplication of large chromosomal segments. The EMBO Journal, (2004) 23, 234-43

Dujon B., Sherman D., Fischer G., Durrens P., Casaregola S., Lafontaine I., de Montigny J., Marck C., Neuvéglise C., Talla E., Goffard N., Frangeul L., Aigle M., Anthouard V., Babour A., Barbe V., Barnay S., Blanchin S., Beckerich JM., Beyne E., Bleykasten C., Boisramé A., Boyer J., Cattolico L., Confanioleri F., de Daruvar A., Despons L., Fabre E., Fairhead C., Ferry-Dumazet H., Groppi A., Hantraye F., Hennequin C., Jauniaux N., Joyet P., Kachouri R., Kerrest A., Koszul R., Lemaire M., Lesur I., Ma L., Muller H., Nicaud JM., Nikolski M., Oztas S., Ozier-Kalogeropoulos O., Pellenz S., Potier S., Richard GF., Straub ML., Suleau A., Swennene D., Tekaia F., Wésolowski-Louvel M., Westhof E., Wirth B., Zeniou-Meyer M., Zivanovic I., Bolotin-Fukuhara M., Thierry A., Bouchier C., Caudron B., Scarpelli C., Gaillardin C., Weissenbach J., Wincker P. & Jean-Luc Souciet. Genome evolution in yeasts.
Nature, (2004) 430, 35-44.

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Chercheurs :

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