Thèse Arcsex - Décrypter les Bases Moléculaires de l'Évolution de la Reproduction Sexuée H/F - 75

Établissement : Université Paris-Saclay GS Life Sciences and Health
École doctorale : Structure et Dynamique des Systèmes Vivants
Laboratoire de recherche : I2BC - Institut de Biologie Intégrative de la Cellule
Direction de la thèse : Tamara BASTA-LE BERRE ORCID 0000000319447593
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-03-31T23:59:59

La reproduction sexuée est une caractéristique des eucaryotes [1], mais pas des bactéries ou des archées. Nous savons que les eucaryotes ont probablement évolué par l'intégration de bactéries par des archées. Au fil du temps, ces bactéries ont été domestiquées, formant finalement les mitochondries et les plastes. Cependant, nous ne comprenons pas encore pleinement comment les premiers eucaryotes ont acquis la capacité de se reproduire sexuellement.
Le complexe TOPOVIL est au coeur de la recombinaison homologue méiotique (MHR), processus où deux gamètes haploïdes sont formés. Cette étape est cruciale pour la reproduction sexuée et pour la fertilité. Les archées contiennent les précurseurs évolutifs de TOPOVIL (TopoVI) [2-4], mais ces enzymes peuvent seulement réguler la topologie de l'ADN.
Notre objectif est de comprendre comment une TopoVI d'archée a acquis la fonction essentielle de médiation de la MHR et a finalement évolué vers le complexe eucaryote TOPOVIL. Cela permettra de répondre à une question fondamentale: comment la reproduction sexuée est-elle apparue au cours de l'évolution ?
Nous avons récemment découvert qu'un clade particulier d'archées (les Asgards) code des variantes de TopoVI qui sont les plus proches parents connus des TOPOVIL eucaryotes. Ces enzymes uniques représentent probablement un chaînon manquant longtemps recherché entre les TopoVI d'archées et les TOPOVIL eucaryotes. Ainsi, les TopoVI des Asgards offrent un système modèle particulièrement pertinent pour étudier les origines évolutives de la reproduction sexuée.
Dans le cadre de ce projet de thèse en cotutelle internationale, la candidate sera d'abord accueillie à l'I2BC (Université Paris-Saclay), au sein de l'équipe de T. Basta, reconnue internationalement pour ses travaux sur les machineries moléculaires d'archées, y compris les topoisomérases. Dans cette équipe, l'objectif sera d'optimiser les conditions d'expression et de purification d'un panel d'enzymes TopoVI des Asgards, puis de caractériser leur activité in vitro.
La seconde moitié du projet se déroulera dans le groupe de B. Daum à l'Université d'Exeter, une équipe de renommée internationale en biologie structurale des archées. L'étudiante importera les protéines TopoVI exprimées ou répétera leur expression et purification optimisées à Exeter. Elle préparera ensuite des échantillons pour la cryo-microscopie électronique (cryoEM), en tenant compte des conditions réactionnelles optimales déterminées précédemment dans l'équipe de T. Basta, et enregistrera des données cryoEM à haute résolution. En utilisant des pipelines établis de traitement de particules uniques, l'étudiant(e) reconstruira des cartes cryoEM à haute résolution et construira des modèles atomiques des protéines TopoVI grâce à des approches guidées par l'IA. Les modèles atomiques obtenus révéleront comment TopoVI interagit avec l'ADN et le clive, apportant des informations inédites sur son mécanisme d'action et les caractéristiques moléculaires clés qui la distingue des TOPOVIL eucaryotes.
À l'aide de mutagenèses et d'essais fonctionnels, la candidate déterminera ensuite comment ces différences induisent des fonctions protéiques distinctes: la recombinaison méiotique chez les eucaryotes et le déroulement de l'ADN chez les archées.
En résumé, ce projet ouvrira de nouvelles perspectives dans notre compréhension de l'évolution de la reproduction sexuée, une étape cruciale dans l'émergence des eucaryotes il y a des milliards d'années. En établissant de nouveaux cadres conceptuels, ce travail entraînera un changement fondamental dans notre compréhension des origines de la vie complexe, avec des implications majeures pour la biologie évolutive, la biologie cellulaire et la médecine.
Bibliographie: voir la version anglaise

The candidate is currently M2 intern in the group of Tamara BASTA (Ass. Prof, Université Paris-Saclay) and she has been working on ArcSex project since january. ArcSex project was recently supported by Exeter-Paris Saclay accelerator grant awarded to T. BASTA and B. DAUM. The funding will be used to support the running costs and strenghten the interactions between the two groups. By the end of her internship the candidate will spend 4 weeks in the group of B. DAUM to learn how to prepare samples for cryo-EM imaging and record preliminary TEM data.

Tamara BASTA is head of the DNA topology in Archaea team at the I2BC institute. She is internationally recognized for her biochemical studies of fundamental molecular mechanisms in archaea, including DNA topoisomerases (see reference list below). She has supervised numerous interns, three PhD students, and is currently supervisor of two first-year PhD candidates (one main supervisor and one co-supervisor). In addition to T. BASTA, the candidate's PhD work will be supported by Dr. Sylvie AUXILIEN, research engineer in T. BASTA's team.

Bertram DAUM is head of an internationally leading team in the structural biology of archaea (see reference list below). He is already collaborating with T. BASTA's team through the Paris-Saclay - Exeter Accelerator grant. B. DAUM has direct access to Talos Arctica Transmission Electron Microscope (TEM) and Titan Krios TEMs through the lab's block allocated access at the National CryoEM Facility at eBIC (Harwell, Oxfordshire). This equipment will be used to record high resolution cryoEM data and process them through established single particle processing pipelines.

The main objectives of the thesis are:

- select a panel of the most relevant asgard TopoVI proteins using bioinformatic analyses
- set up an optimised protocol for purification of asgard TopoVI
- characterise the enzymatic activity of asgard TopoVI
- solve the structure of asgard TopoVI using cryo-EM