Dynamique de la chromatine dans le développement des mammifères

Responsable

But de la recherche

Nous nous efforçons de bien comprendre les conséquences épigénétiques profondes de la méthylation de l'ADN dans une fenêtre de développement, qui se produit dans la première semaine de l'embryogenèse de la souris et dans la deuxième semaine de l'embryogenèse humaine, mais dont les répercussions peuvent s'étaler sur toute la vie.

Contexte général

Immédiatement après la fécondation, les génomes des mammifères subissent un remodelage spectaculaire de l'épigénome lorsque l'embryon passe du zygote aux cellules pluripotentes prêtes pour l'engagement lignager. La meilleure illustration en est la reprogrammation de la méthylation de l'ADN, car les modèles gamétiques sont largement effacés et le génome embryonnaire subit une vague de méthylation de novo de l'ADN. De plus, une fois que les modèles de méthylation de l'ADN sont établis, les mécanismes maintiennent fidèlement la marque à travers la division cellulaire (Figure 1). Ainsi, il existe un potentiel latent pour que la méthylation de l'ADN déposé dans l'embryon précoce ait un effet à vie.
    La méthylation de l'ADN est une modification qui est typiquement associée à la répression des gènes à des éléments répétitifs et à une minorité de gènes codant pour des protéines. Nous avons décrit précédemment la régulation du gène Zdbf2 chez la souris, qui est programmée pendant le programme de méthylation de l'ADN de novo. Remettant en question le paradigme, dans ce cas la méthylation de l'ADN est nécessaire pour l'activation d'un gène via l'antagonisme du groupe polycomb de protéines silencieuses. Si la méthylation de l'ADN ne se produit pas, le gène reste silencieux tout au long de la vie, ce qui entraîne une réduction du phénotype de croissance.
    
Programme de recherche

Nous allons essayer de répondre à une question générale : que fait la méthylation de l'ADN quand elle n'est pas chez les promoteurs ? Et son corollaire : comment les promoteurs peuvent-ils éviter la méthylation de l'ADN ?
On sait depuis longtemps que la méthylation de l'ADN chez les promoteurs à forte densité CpG, aussi appelés promoteurs de l'île CpG (CGI), est associée à l'extinction des gènes. Cependant, le génome des mammifères est fortement méthylé, à l'exception des promoteurs de CGI. Cela signifie que la méthylation de l'ADN est importante pour réduire au silence seulement un petit sous-ensemble de gènes codant pour les protéines. La fonction de la méthylation de l'ADN dans les régions intergéniques et les corps des gènes transcrits, par exemple, est moins claire.
    Une relation clé qui nous intéresse, basée sur nos études de Zdbf2, est l'antagonisme observé entre la méthylation de l'ADN et l'action répressive du complexe de polycomb (Figure 2_. Nous sommes très motivés pour mieux comprendre les fondements mécanistes de la régulation des gènes par méthylation de l'ADN. Ce qui est crucial, c'est que nous voulons comprendre la pertinence des formes non canoniques de méthylation de l'ADN pour le développement.

Méthodologies

Dans le laboratoire, notre terrain de jeu est constitué de cellules souches embryonnaires de souris (ESC). Les ESC offrent un certain nombre d'avantages pour les études de méthylation de l'ADN : ils sont résistants aux mutations des gènes de l'ADN-méthyltransférase, ils se prêtent très bien à la révision du génome CRISPR/Cas9 et aux criblages génétiques, et ils peuvent être facilement récoltés en grand nombre pour des expériences solides. Il est important de noter que nous utilisons un système de différenciation qui récapitule la reprogrammation de méthylation de l'ADN qui se produit in vivo. Tout comme nous l'avons fait avec Zdbf2, les découvertes que nous faisons dans notre système cellulaire seront complétées par des modèles murins pour valider l'importance du développement.
Nous nous appuierons sur les approches de séquençage de prochaine génération (NGS) pour obtenir une vue approfondie de la régulation de la méthylation de l'ADN. Ceci inclut CUT&RUN pour le profilage des facteurs liés à la chromatine et le séquençage ciblé des bisulfites profonds pour l'analyse de méthylation de l'ADN. C'est une période passionnante dans le domaine de l'épigénétique avec l'émergence de la boîte à outils d'édition des épigénomes. En utilisant le ciblage CRISPR/Cas9, nous pouvons explorer avec précision la fonction de méthylation de l'ADN sur une base locus par locus.
    Dans l'avenir, nous sommes enthousiastes à l'idée d'utiliser des tests génétiques CRISPR/Cas9 à l'échelle du génome pour la découverte de nouveaux facteurs, ainsi que de travailler avec la plateforme protéomique de pointe de l'IJM pour des approches basées sur la spectrométrie de masse. Nous sommes toujours ouverts aux nouvelles technologies et aux nouvelles idées, donc nos méthodes sont en constante évolution !

Sélection de publications

Greenberg M.V.C, Bourc’his D. (2019) The diverse roles of DNA methylation in mammalian development and disease. Nature Reviews Molecular Cell Biology Review Article

doi.org/10.1038/s41580-019-0159-6

Greenberg M.V.C.†, Teissandier A., Walter, M., Noordermeer D., Bourc’his D†. (2019) Dynamic enhancer partitioning instructs activation of a growth-related gene during exit from naïve pluripotency. eLife 8:e44057 

doi.org/10.7554/eLife.44057

Greenberg M.V.C.*, Glaser J.*, Borsos M., El Marjou F., Walter M., Teissandier A., Bourc'his D. (2017) Transient transcription in the early embryo sets an epigenetic state that programs postnatal growth. Nature Genet. 49:110-118

doi.org/10.1038/ng.3718

F1000Prime recommendation: https://f1000.com/prime/726971069#eval793526035

Greenberg M.V.C., Bourc’his D. (2015) Cultural relativism: maintenance of genomic imprints in pluripotent stem cell culture systems. Curr. Op. Genet. & Dev. 31:42–49. Review Article

doi.org/10.1016/j.gde.2015.04.005

Duffié R., Ajjan S., Greenberg M.V.C., Zamudio N., Escamilla del Arenal M., Iranzo J., Okamoto I., Barbaux S., Fauque P., Bourc’his D. (2014) The Gpr1/Zdbf2 locus provides new paradigms for transient and dynamic genomic imprinting in mammals. Genes & Dev. 28:463–478

doi.org/10.1101/gad.232058.113

Retour en haut de page