Thèse Contribution des Corps Nucléaires à l'Organisation du Génome et à la Régulation des Gènes dans un Modèle Humain de Sclérose Latérale Amyotrophique Sla H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université de Montpellier
École doctorale : Sciences Chimiques et Biologiques pour la Santé
Laboratoire de recherche : IGMM - Institut de Génétique Moléculaire de Montpellier
Direction de la thèse : Thierry FORNE ORCID 0000000291791551
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-05-11T23:59:59

De nombreuses maladies neurodégénératives sont caractérisées par l'agrégation de protéines possédant la propriété intrinsèque de pouvoir se condenser par séparation de phase. En conditions physiologiques, certaines de ces protéines sont requises pour la formation d'organelles ou corps nucléaires, qui se comportent comme des gouttelettes liquides. C'est le cas de FUS et de TDP-43 dans la Sclérose Latérale Amyotrophique (SLA), qui contrôlent la formation des paraspeckles. Ces corps nucléaires, dont la formation est altérée dans les motoneurones de patients atteints de SLA, sont connus pour réguler l'expression des gènes en maintenant certains facteurs cellulaires dans le noyau, dont de nombreux transcrits d'ARN avec des rétentions d'introns (RI) spécifiques. On sait que les RI sont profondément affectées dans les motoneurones des patients atteints de SLA, y compris des RI de transcrits codant eux-mêmes pour des protéines requises pour la formation des paraspeckles, telles que FUS et SFPQ. Pour comprendre l'implication des paraspeckles et des RI dans la SLA, il est nécessaire de les isoler afin d'analyser leur contenu, ce qui reste très difficile étant donné leur nature liquide. Dans ce projet, en utilisant une méthode originale développée dans notre laboratoire (méthode RD-HRS - RNA/DNA High-salt Recovered Sequences), nous proposons de réaliser le profilage du contenu en ADN génomique et en ARN des paraspeckles dans des conditions physiologiques ou pathologiques. Nos expériences préliminaires montrent que, dans un contexte physiologique, les transcrits avec RI qui ont été identifiés dans la SLA sont associés à des condensats nucléaires. Certains de ces transcrits codent pour des protéines nécessaires à la formation des paraspeckles. En utilisant un modèle cellulaire humain bien décrit (fibroblastes IMR-90) et des motoneurones humains dérivés de cellules souches pluripotentes induites provenant (hiPS) de patients atteints de SLA et porteurs de deux mutations pathogéniques distinctes, ainsi que leurs contrôles isogéniques, le projet décryptera comment l'altération de la formation des paraspeckles dans la SLA affecte leur association avec certains loci génomiques, ainsi que la rétention nucléaire et la maturation des transcrits avec RI et comment ces altérations contribuent à la maladie. En explorant les mécanismes moléculaires derrière l'implication des paraspeckles dans la SLA, notre projet devrait permettre d'identifier de nouvelles cibles thérapeutiques potentielles qui résultent de l'altération de ces corps nucléaires avec l'idée que, à terme, agir sur la formation des paraspeckles pourrait aider à restaurer les fonctions cellulaires normales dans la SLA.

In many neurodegenerative diseases, the progressive loss of specific neuronal populations is characterized by toxic assemblies of misfolded proteins which have an intrinsic propensity to form phase-separated condensates. This is, for instance, the case of the Tau protein in Alzheimer's disease, Huntingtin in Huntington's disease, -synuclein in Parkinson's Disease and TDP-43 and FUS in Amyotrophic Lateral Sclerosis (ALS).

Intriguingly, several such proteins appear to be linked, directly or indirectly, to paraspeckles, a class of phase-separated nuclear bodies involved in regulation of gene expression which is assembled around the long NEAT1\_2 isoform of the NEAT1 lncRNA. Paraspeckle function and/or composition seem to be particularly affected in ALS patients. Indeed, FUS and TDP-43, whose genes are two of the four most commonly affected in ALS along with the C9ORF72 and SOD1 genes, are required for proper paraspeckles formation and regulation of NEAT1\_2 lncRNA production. Furthermore, nuclear loss of SFPQ, another protein required for paraspeckle formation, is a unifying hallmark across diverse in vitro and in vivo models representing familial and sporadic ALS. NEAT1\_2 is upregulated in human spinal motor neurons of ALS patients and it was shown to induce paraspeckle formation during the early phase of the disease which is thought to play a protective role. However, some ALS-linked FUS mutations and the C9ORF72 repeat expansion mutation, the most commonly found in ALS, promote excessive formation of dysfunctional paraspeckle-like bodies that may contribute to the disease severity in patients carrying such mutations. Therefore, it remains unclear what are the precise functional roles of paraspeckles in ALS throughout disease progression.

Paraspeckles are known to regulate specific RNA transcripts by maintaining them into the nucleus thus preventing their cytoplasmic import and translation. A well-known case is circadian regulation of transcripts having IRAlu elements in their 3' UTR, but this is also more widely the case of transcripts that display retention of specific introns. Interestingly, Intron Retention (IR) is known to be profoundly affected in motor neurons of ALS patients in different pathological contexts (e.g. SOD1 or FUS mutations), including IR in transcripts encoding themselves paraspeckle proteins like FUS and SFPQ. Altogether, these observations suggest that the paraspeckles may play a central role in regulating, directly or indirectly, the availability of factors critical for ALS. However, whether intron retentions observed in ALS is linked to altered paraspeckle formation and how do these alterations affect the physiopathology of this disease remain unclear.

In many neurodegenerative diseases, the progressive loss of specific neuronal populations is characterized by toxic assemblies of misfolded proteins which have an intrinsic propensity to form phase-separated condensates. This is the case for FUS and TDP-43 in the Amyotrophic Lateral Sclerosis (ALS), which control the formation of paraspeckle nuclear bodies. Paraspeckles are nuclear organelles that regulate gene expression, sequester specific RNAs and proteins and help cells to respond to stress with important roles in maintaining nuclear homeostasis. Noticeably, paraspeckle formation is known to be profoundly affected in motor neurons of ALS patients. However, what are the precise functional roles of paraspeckles in ALS throughout disease progression remains unclear.
Based on existing literature and preliminary results, our working hypothesis is that alterations of paraspeckle integrity in ALS affect genome organization, as well as nuclear retention and maturation of specific transcripts displaying intron Retention (IR), including some coding themselves for proteins required for paraspeckles formation.

The questions we want to address in this project are:
i) how does altered formation of paraspeckles in ALS impacts genome organization and nuclear retention and maturation of transcripts?
ii) how do these alterations contribute to the disease?

In a previous study, our team showed that high-salt concentrations can insolubilize nuclear bodies, allowing their separation from other soluble components. This method enables the identification of High-salt Recovered Sequences (HRS), genomic DNA sequences bound to the insolubilized nuclear bodies compared to the soluble unbound fraction (Baudement et al., 2018). In mouse embryonic stem cells, HRS have been associated with the active A chromosomal compartment, including transcription start sites and enhancers of highly expressed genes reminiscent to the so-called transcriptional condensates, as well as many genes known to be associated with other nuclear bodies, like Cajal bodies, speckles, and paraspeckles.
In this project, we will use an improved version of the HRS method recently developed in our laboratory, the RD-HRS-seq, that allows to map simultaneously and with unprecedented accuracy both the loci and RNA transcripts interacting with nuclear bodies in the eukaryotic cells (Lecouvreur et al., 2025). The present project will start by adapting this new version of the method to the analysis of paraspeckle nuclear bodies (see task 1 below).
The team has also implemented several cell imaging techniques to visualize nuclear bodies, including immunofluorescence (IF), RNA- and DNA-Fluorescence In Situ Hybridization (FISH), and immunoFISH. We also developed a Deep-Learning application for automated counting of nuclear bodies, including paraspeckles, on confocal microphotographs.

Master 2 ou équivalent. Le (/la) candidat(e) aura de solides compétences en biologie cellulaire et moléculaire. Une maîtrise des outils de bio-informatiques de base serait également appréciée.