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Élimination programmée du génome

Sandra DUHARCOURT

Nos travaux visent à comprendre les mécanismes fondamentaux gouvernant la structure des chromosomes et la stabilité génétique chez les eucaryotes. Pour élucider les mécanismes moléculaires affectant l’intégrité du génome, nous étudions un processus remarquable d’édition du génome programmée au cours du développement chez l’eucaryote unicellulaire Paramecium.

Mots-clés : épigénétique, transposons, ARN non codant, chromatine, évolution du génome, Paramecium

+33 (0)157278009     sandra.duharcourt(at)ijm.fr      @DuharcourtLab

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Chez Paramecium, au moins un tiers du génome germinal est éliminé au cours du développement. Ce processus implique l’élimination massive et reproductible de séquences répétées d’ADN, telles que les éléments transposables et de 45 000 courtes séquences non codantes, dispersées dans le génome, reliques d‘éléments transposables. Aucun motif de séquence conservé qui pourrait servir de signal de reconnaissance spécifique n’a été identifié parmi les séquences éliminées. Comprendre comment des séquences aussi diverses sont reconnues et excisées reste un défi.

Nos travaux de recherche en cours visent à i) identifier les séquences éliminées et décrire leur trajectoire évolutive, ii) élucider les mécanismes moléculaires de l’élimination programmée d’ADN et iii) comprendre les possibles fonctions associées à cette réorganisation massive du génome.

 

Le processus d’élimination implique la formation d’hétérochromatine dirigée par des petits ARN, l’excision des séquences associées à l’hétérochromatine, et la réparation de l’ADN. Les petits ARNs sont produits à partir du génome de la lignée germinale pendant la méiose et guident le dépôt des modifications épigénétiques post-traductionnelles de l’histone H3 (H3K9me3 et H3K27me3) sur les séquences à éliminer dans le noyau somatique en développement, et recrutent specifiquement les machineries de clivage et de réparation de l’ADN.

Nous avons démontré que l’histone méthyltransférase Ezl1 de Paramecium, homologue de la sous-unité catalytique de la PRC2 des mammifères, catalyse H3K27me3 et H3K9me3 sur les éléments transposables. Nous étudions actuellement comment le complexe associé à Ezl1 est recruté sur ces éléments, et comment les modifications post-traductionnelles de l’histone H3 déclenchent le clivage et la réparation de l’ADN. Nous combinons un large panel d’approches moléculaires, cellulaires, de séquençage à haut débit, génétiques et biochimiques pour étudier le rôle des facteurs chromatiniens dans le contrôle épigénétique de l’élimination de l’ADN.

En utilisant une approche innovante de cytométrie de flux pour purifier les noyaux, nous avons séquencé les génomes de neuf espèces de Paramecium pour la génomique comparative. Ces ressources nous permettront d’élucider la structure des chromosomes de Paramecium, les trajectoires évolutives des séquences éliminées et leurs mécanismes de reconnaissance et d’élimination.

Membres

Responsable :

Sandra DUHARCOURT
Tél : +33 (0)157278009
email : sandra.duharcourt (at) ijm.fr

 

Membres de l’équipe :

Thomas BALAN; Doctorant

Olivia CHARMANT, Doctorante

Leticia KOCH LERNER, Maitre de conférences

Cristina RUBIO RAMON, Ingénieure

Daniel HOLOCH, Post-doctorant

Marina GIOVANNETTI, Master 2

Luca PECALLI, Master 2

Sélection de publications

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https://www.insb.cnrs.fr/fr/cnrsinfo/la-composition-nucleotidique-des-introns-contribue-directement-lefficacite-de-leur

https://genome.cshlp.org/content/32/4.cover-expansion

https://insb.cnrs.fr/fr/cnrsinfo/invasion-massive-delements-genetiques-egoistes-dans-les-genes-de-paramecie

Primer: Feng Y, Landweber LF (2021) Transposon debris in ciliate genomes. PLoS Biol 19(8): e3001354. https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3001354

http://www.insb.cnrs.fr/fr/cnrsinfo/une-enzyme-pas-comme-les-autres-fait-taire-les-sequences-repetees-du-genome

Une enzyme pas comme les autres fait taire les séquences répétées du génome.pdf

Toutes les publications

Publication depuis 2017

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Miró-Pina, C., Charmant, O., Kawaguchi, T., Holoch, D., Michaud, A., Cohen, I., Humbert, A., Jaszczyszyn, Y., Chevreux, G., Del Maestro, L., Ait-Si-Ali, S., Arnaiz, O., Margueron, R., & Duharcourt, S. (2022). Paramecium Polycomb repressive complex 2 physically interacts with the small RNA-binding PIWI protein to repress transposable elements. Developmental Cell, 57(8), 1037-1052.e8. https://doi.org/10.1016/j.devcel.2022.03.014
Gnan, S., Matelot, M., Weiman, M., Arnaiz, O., Guérin, F., Sperling, L., Bétermier, M., Thermes, C., Chen, C.-L., & Duharcourt, S. (2022). GC content, but not nucleosome positioning, directly contributes to intron splicing efficiency in Paramecium. Genome Research, 32(4), 699–709. https://doi.org/10.1101/gr.276125.121
Sellis, D., Guérin, F., Arnaiz, O., Pett, W., Lerat, E., Boggetto, N., Krenek, S., Berendonk, T., Couloux, A., Aury, J.-M., Labadie, K., Malinsky, S., Bhullar, S., Meyer, E., Sperling, L., Duret, L., & Duharcourt, S. (2021). Massive colonization of protein-coding exons by selfish genetic elements in Paramecium germline genomes. PLoS Biology, 19(7), e3001309. https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3001309
Hardy, A., Matelot, M., Touzeau, A., Klopp, C., Lopez-Roques, C., Duharcourt, S., & Defrance, M. (2021). DNAModAnnot: a R toolbox for DNA modification filtering and annotation. Bioinformatics (Oxford, England), btab032. https://doi.org/10.1093/bioinformatics/btab032
Grentzinger, T., Oberlin, S., Schott, G., Handler, D., Svozil, J., Barragan-Borrero, V., Humbert, A., Duharcourt, S., Brennecke, J., & Voinnet, O. (2020). A universal method for the rapid isolation of all known classes of functional silencing small RNAs. Nucleic Acids Research, 48(14), e79. https://doi.org/10.1093/nar/gkaa472
de Vanssay, A., Touzeau, A., Arnaiz, O., Frapporti, A., Phipps, J., & Duharcourt, S. (2020). The Paramecium histone chaperone Spt16-1 is required for Pgm endonuclease function in programmed genome rearrangements. PLoS Genetics, 16(7), e1008949. https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1008949
Rubin, T., Macaisne, N., & Huynh, J.-R. (2020). Mixing and Matching Chromosomes during Female Meiosis. Cells, 9(3), E696. https://doi.org/10.3390/cells9030696
Frapporti, A., Miró Pina, C., Arnaiz, O., Holoch, D., Kawaguchi, T., Humbert, A., Eleftheriou, E., Lombard, B., Loew, D., Sperling, L., Guitot, K., Margueron, R., & Duharcourt, S. (2019). The Polycomb protein Ezl1 mediates H3K9 and H3K27 methylation to repress transposable elements in Paramecium. Nature Communications, 10(1), 2710. https://doi.org/10.1038/s41467-019-10648-5
Gobé, C., Elzaiat, M., Meunier, N., André, M., Sellem, E., Congar, P., Jouneau, L., Allais-Bonnet, A., Naciri, I., Passet, B., Pailhoux, E., & Pannetier, M. (2019). Dual role of DMXL2 in olfactory information transmission and the first wave of spermatogenesis. PLoS Genetics, 15(2), e1007909. https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1007909
Arnaiz, O., Van Dijk, E., Bétermier, M., Lhuillier-Akakpo, M., de Vanssay, A., Duharcourt, S., Sallet, E., Gouzy, J., & Sperling, L. (2017). Improved methods and resources for paramecium genomics: transcription units, gene annotation and gene expression. BMC Genomics, 18(1), 483. https://doi.org/10.1186/s12864-017-3887-z
Guérin, F., Arnaiz, O., Boggetto, N., Denby Wilkes, C., Meyer, E., Sperling, L., & Duharcourt, S. (2017). Flow cytometry sorting of nuclei enables the first global characterization of Paramecium germline DNA and transposable elements. BMC Genomics, 18(1), 327. https://doi.org/10.1186/s12864-017-3713-7

 

Preprint depuis 2017

Gout, J.-F., Hao, Y., Johri, P., Arnaiz, O., Doak, T. G., Bhullar, S., Couloux, A., Guérin, F., Malinsky, S., Potekhin, A., Sawka, N., Sperling, L., Labadie, K., Meyer, E., Duharcourt, S., & Lynch, M. (2023). Dynamics of gene loss following ancient whole-genome duplication in the cryptic Paramecium complex. Molecular Biology and Evolution, msad107. https://doi.org/10.1093/molbev/msad107

 

Revue depuis 2017

Déléris, A., Berger, F., & Duharcourt, S. (2021). Role of Polycomb in the control of transposable elements. Trends in Genetics: TIG, 37(10), 882–889. https://doi.org/10.1016/j.tig.2021.06.003

 

Chapitre de livre depuis 2017

Hardy, A., Duharcourt, S., & Defrance, M. (2023). DNA Modification Patterns Filtering and Analysis Using DNAModAnnot. Methods in Molecular Biology (Clifton, N.J.), 2624, 87–114. https://doi.org/10.1007/978-1-0716-2962-8_7
Duharcourt, S., & Sperling, L. (2018). The Challenges of Genome-Wide Studies in a Unicellular Eukaryote With Two Nuclear Genomes. Methods in Enzymology, 612, 101–126. https://doi.org/10.1016/bs.mie.2018.08.012

Thèses

  • Thomas Balan 2021 – financement Université Paris Cité
  • Olivia Charmant 2019 – financement Université Paris Cité
  • Caridad Miro-Pina 2016-2020- financements Université Paris Cité et Fondation ARC
  • Amandine Touzeau 2014-2018 – financements Université Paris Cité et Fondation ARC
  • Andrea Frapporti 2012-2016 – financements Université Paris Cité et FRM
  • Maoussi Lhuillier-Akakpo 2010-2014 – financements Sorbonne Université et FRM

Collaborations

Raphaël Margueron (Institut Curie, Paris, France)

Olivier Arnaiz (I2BC, Gif, France)

Slimane Ait-Si-Ali (EDC, Universite Paris Cité, France)

Eric Meyer (IBENS, Paris, France)

Laurent Duret (LBBE, Lyon, France)

Mireille Bétermier (I2BC, Gif, France)

Chunlong Chen (Institut Curie, Paris, France)

Hadi Quesneville (INRA, Versailles, France)

Karine Labadie/ Jean-Marc Aury (Génoscope, Evry, France)

Thomas Berendonk (TU, Dresde, Allemagne)

Ewa Przybòs/Natalia Sawka (ISEA PAS, Cracovie, Pologne)

Alexey Potekhin (SPBU, St. Petersbourg, Russie)

Matthieu Defrance (ULB, Bruxelles, Belgique)

Julita Gruchota (IBB, Varsovie, Pologne)

Financement

 

ANR LaMarque 2018-2022                                           

ANR POLYCHROME 2019-2023

 

         LabEx Who Am I? 2021-2023

 

    Equipe labellisée FRM 2022-2025

 

Actualités

 04/04/2022 – Sandra Duharcourt, Médaille d’argent du CNRS , Vidéo sur la chaîne Youtube CNRS