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Afin d’avoir une vision générale de la réplication du génome humain, nous développons des analyses à haut débit visant à cartographier les origines de réplication ainsi que leur moment d’activation (Figure 1).

 

Figure 1. Caractéristiques des domaines de réplication précoce et tardive

Visualisation sur le navigateur UCSC d’une région génomique de 3Mb du chromosome 1 du poulet. Les données ont été obtenues dans la lignée cellulaire aviaire DT40. Les profils d’enrichissement en brins naissants (NS) dans les quatre fractions de la phase S, de précoce à tardive, sont présentés séparément (S1 à S4). Les régions enrichies en NS et appauvries pour chaque fraction sont indiquées en rouge et en bleu, respectivement. Ces données indiquent le programme temporel de réplication. Les profils d’ARN naissants et de SNS (petits brins naissants marquant les origines de réplication, programme spatial de réplication) purifiés à partir de cellules asynchrones sont montrés.  Entre ces données sont indiqués les gènes annotés (gènes RefSeq) et les îlots CpG. Enfin, le contenu en GC (pourcentage GC) est indiqué en bas de la figure.

 

Une collaboration avec des statisticiens et bio-informaticiens nous a permis d’établir des liens entre ces cartes et des données génomiques sur la structure de la chromatine et l’expression des gènes. Nous utilisons également un modèle cellulaire aviaire (la lignée DT40) qui a la propriété unique d’effectuer très efficacement la recombinaison homologue. Ce modèle génétique puissant nous permet de tester très efficacement différentes hypothèses extraites des analyses génomiques. Nous avons pu ainsi montrer que les G-quadruplex jouaient un rôle clé dans le déclenchement des origines de réplication. Nous venons d’identifier un motif complexe que l’on retrouve dans la moitié des origines fortes chez l’humain, la souris et le poulet. Les projets futurs s’attacheront à comprendre comment ce motif assure le recrutement efficace de la machinerie de réplication.

Dans un deuxième axe de recherche, nous analysons comment le signal origine porté par ce motif complexe interagit avec le processus de transcription qui s’opère sur le même substrat, l’ADN. Ces analyses nous permettront de tester une hypothèse largement étayée selon laquelle la transcription est capable de déplacer les points de départ de la réplication et ainsi de favoriser de manière générale l’initiation de la réplication dans les régions intergéniques. Les sites fragiles communs (SFC) sont des sites récurrents de réarrangements chromosomiques dans les cancers et certaines pathologies neurologiques. Ils se trouvent au sein de grands gènes (> 300 kb) transcrits et répliqués en fin de phase S. Une hypothèse concernant leur formation est que la pauvreté en événements d’initiation de la réplication, le long de ces gènes, entrainerait une réplication incomplète de ces régions avant la mitose. La transcription enlèverait les complexes de pré-réplication fixés dans le corps de ces gènes induisant ainsi une déplétion en origines de réplication. Nous cherchons à tester la capacité de l’ARN polymérase II à déplacer les complexes de pré-réplication en insérant un promoteur fort ou inductible en amont d’une origine modèle minimale très efficace dépourvue d’activité transcriptionnelle. Ce projet permettra d’explorer une hypothèse importante sur la formation des SFC. Sur le plus long terme, nous testerons l’hypothèse selon laquelle les sites récurrents de cassures observés durant la prolifération de précurseurs neuronaux ont les propriétés caractéristiques des SFC. Pour cela nous utiliserons comme système modèle des organoïdes cérébraux humains.

La compréhension du mode de duplication des génomes eucaryotes est essentielle. En effet, la réplication assure non seulement le maintien de l’intégrité des génomes, mais également coordonne la mise en place de programmes d’expression au cours du développement.

 

Mots clés : Réplication de l’ADN, G-quadruplex, Chromatine, Sites Fragiles communs, Organoïde cérébral.

 

Cette équipe est Labellisée par la Ligue contre le cancer.

Elle est également équipe-partenaire du Labex “Who am I?”