L’empreinte parentale : de la régulation à la fonction

Régulation des loci d’imprégnation dans les lignées neurales (Contacts : F. Court, P. Arnaud)

L’empreinte génomique limite l’expression de près de 150 gènes de mammifères à un seul allèle parental. Ces gènes jouent un rôle clé dans le contrôle de la croissance et le fonctionnement du cerveau. Au niveau moléculaire, ils sont organisés en une vingtaine de domaines génomiques, chacun régulé par une région de contrôle de l’empreinte (ICR) et l’action coordonnée de multiples niveaux de régulation. Cependant, les mécanismes qui orchestrent cette régulation multi-échelle et permettent à l’ICR de contrôler à distance l’expression monoallélique des gènes lors de l’acquisition de l’identité cellulaire restent mal compris. Notre objectif est d’identifier ces mécanismes et les acteurs clés impliqués dans l’acquisition de l’identité neurale.

Pour y parvenir, nous devons évaluer simultanément la dynamique de plusieurs niveaux de régulation au cours de l’acquisition de l’identité cellulaire. À cette fin, nous avons développé une approche intégrée qui combine des études expérimentales multi-échelles avec des analyses fonctionnelles en utilisant des systèmes de corticogenèse in vitro 2D et 3D (organoïdes) qui récapitulent les modèles d’empreinte observés dans le cerveau précoce (Bouschet et al., Cereb Cortex, 2017) et postnatal, respectivement. Ce système réduit à l’animal repose sur la différenciation contrôlée de cellules souches embryonnaires (ES) murines hybrides réciproques, permettant l’étude dynamique et allélique des signatures moléculaires.
Notre stratégie intègre des analyses moléculaires complètes (méthylation de l’ADN, expression des gènes, modifications des histones et facteurs de régulation), des analyses de conformation de la chromatine en 3D et des analyses bioinformatiques. Cela nous a permis de générer une carte à haute résolution offrant une vue intégrative, allélique et dynamique des signatures moléculaires linéaires et de l’organisation de la chromatine en 3D associées aux régions ICR pendant la formation de la lignée neuronale murine. Ce cadre nous permet de disséquer les mécanismes de régulation de multiples loci d’empreinte, que nous testons fonctionnellement à l’aide d’approches basées sur CRISPR.

Fonction des loci d’empreinte : le locus H13/Mcts2  (Contacts : B. Montibus, P. Arnaud)

Les perturbations de la régulation transcriptionnelle de l’empreinte génomique, y compris les altérations de la production d’isoformes spécifiques d’allèles, peuvent entraîner des troubles de l’empreinte, un groupe de maladies congénitales rares affectant la croissance et le développement neurologique. L’identification des causes génétiques et des mécanismes physiopathologiques sous-jacents aux troubles de l’empreinte reste un défi majeur.

Un exemple frappant est le syndrome de Mulchandani-Bhoj-Conlin (MBCS), une maladie caractérisée par un retard de croissance fœtale et postnatale, une petite taille, et un retard de développement. Des données indirectes suggèrent qu’une expression dérégulée du locus HM13/Mcts2 contribue au MBCS. Pour vérifier cette hypothèse, notre projet vise à élucider les mécanismes de régulation et les rôles fonctionnels du locus H13/Mcts2 afin d’évaluer son impact sur la pathogenèse du MBCS.Pour ce faire, nous utilisons une combinaison d’analyses phénotypiques et d’études moléculaires au niveau transcriptionnel et translationnel dans des modèles murins et des lignées cellulaires. Notre approche intègre des études descriptives et fonctionnelles pour découvrir les rôles de l’expression des allèles spécifiques et des isoformes au cours du développement et les conséquences de leur dérégulation dans la maladie.

Le Gliome : étude des transcrits chimères issues d’élément LINE L1

( contacts: C. Vaurs-Barriere; P Arnaud)

Ce projet a été initié pour identifier les mécanismes qui coordonnent les différents niveaux de régulation épigénétiques en recherchant les causes et les conséquences de leur altération dans le gliome malin, l’un des types le plus répandu de tumeurs cérébrales. Des collaborations avec des équipes cliniques nous permettent de mener cette étude sur les échantillons de la tumorothéque Auvergne Gliome et des lignées de cellules initiatrices de glioblastomes (CIG). Une étude moléculaire exhaustive, nous a permis de révéler que la majorité des défauts transcriptionnel dans les gliomes ne sont pas liés à des défauts de méthylation ADN mais plutôt dus à une altération dans le contrôle de H3K27me3 (ici). La recherche des causes de cette altération nous conduit à étudier plus en détail la (dé) régulation gènes HOX, pour lesquels nous avons établis que l’altération est une signature des gliomes les plus agressifs.

Pour identifier de nouveaux candidats nous avons entrepris, dans une approche parallèle, d’explorer le lien entre dérégulation des éléments transposables et altération de H3K27me3 dans les cellules cancéreuses. Notre hypothèse originale est que la transcription antisens depuis les séquences répétées L1 peut induire l’expression aberrante de gènes adjacents, sous la forme de transcrit dits chimères ou LCT (LINE-1 chimeric transcripts), qui vont eux même influencer la dynamique de la marque H3K27me3. Nous avons précédemment développé l’outil bio-informatique CLIFinder afin d’identifier ces transcrits chimères à partir de données RNA seq (ici). Fort de cet outil, nous avons, pour la première fois, établi le panorama des LCTs dans les gliomes agressifs et entrepris de caractériser, dans les CIGs, les gènes ainsi altérés.