PROJET GENE-IGH

Ce projet est porté par le CNRS et l’Institut de Génétique Humaine de Montpellier

CONTEXTE

A chaque division cellulaire, les informations portées par nos chromosomes sont transmises à chaque cellule fille par duplication de notre ADN et de sa mémoire épigénétique (modifications d’histones et de méthylation de l’ADN). Les erreurs dans cette transmission sont une principale cause de cancer et de vieillissement. La transmission de l’information génétique par la recombinaison méiotique est à l’opposé liée à la diversité cellulaire.

“Le vieillissement et nombre des pathologies qui lui sont associées dont le cancer constituent une maladie de notre ADN. Celui-ci doit en effet être reproduit à l’identique à chacune des milliards de milliards de divisions de nos cellules au cours de notre vie. Mais les erreurs s’accumulent inévitablement au fil de ces divisions, avec pour conséquence une altération de notre programme génétique. Nos cellules accumulent également des modifications épigénétiques qui modulent les fonctions de notre ADN et peuvent influencer le développement d’un cancer. Notre projet se situe donc au cœur de ces fonctions et proposera de nouvelles cibles d’action thérapeutique, ainsi que de nouveaux marqueurs des maladies de notre génome.”

Dr Marcel MECHALI
Directeur de Recherche CNRS à l’Institut de Génétique Humaine, Membre de l’Académie des Sciences,
Porteur du projet GENE-IGH.

OBJECTIFS

1. Transmission de l’information génétique par la réplication de l’ADN (Groupe Méchali)

• Fonction des motifs G4 aux origines de la réplication qui démarre à des positions précises de l’ADN. Nous y avons démontré des motifs en G quadruplex et leur activité fonctionnelle.(1)

• Répertoire des origines de réplication dans les cellules normales et cancéreuses.(2) Nous avons identifié une nouvelle classe d’origines fortes et des origines stochastiques, très fortement augmentées dans la transformation cancéreuse. Un arrangement spécifique des origines le long des domaines chromosomiques est décelé, qui est fortement perturbé par l’expression oncogénique. Le rôle des protéines Polycomb dans la réplication a été également étudié en collaboration avec l’équipe de G. Cavalli.

• Isolement de nouveaux facteurs impliqués dans la réplication de l’ADN en utilisant des méthodes de criblage couplées à la protéomique, et en isolant de nouvelles protéines impliquées dans l’activité de réplication.

2. PRDM9, une plateforme pour la formation de cassures double-brin de l’ADN lors de la méiose (Groupe De Massy)

• Le rôle de PRDM9. Les cellules méiotiques mettent en place un programme de CDBs et réparation de l’ADN, et leur localisation est déterminée par PRDM9. Nous avons identifié un facteur de remodelage de la chromatine, HELLS, essentiel pour que PRDM9 puisse se fixer sur l’ADN. La conversion de la 5-méthylcytosine en 5-hydroxyméthylcytosine régulant de manière épigénétique la recombinaison méiotique a aussi été découverte.(3)
• Coordination de l’activité de CDBs par l’organisation des chromosomes. Nous avons déterminé la localisation génomique de deux acteurs de la recombinaison méiotique, MEI4, un composant de l’activité CDBs, et HORMAD1, un composant de la structure chromosomique méiotique. Nos données apportent de nouveaux éléments sur le rôle de PRDM9, la régulation de l’initiation de la recombinaison méiotique et l’organisation 3D du génome.

3. Contrôle épigénétique de la mémoire cellulaire (Groupe Cavalli)

• Analyse des mécanismes moléculaires qui régulent l’hérédité épigénétique transgénérationnelle chez la Drosophile (TEI).(5) Une nouvelle structure 3D chromosomique potentiellement impliquée dans l’hérédité a également été découverte.(6)

• Identification et caractérisation d’autres cas de TEI au cours du développement. Un trait héréditaire acquis par un choc de température chez la Drosophile a été démontré, à l’origine proba- blement des changements génétiques ou épigénétiques .

• Établissement et investigation d’un cancer induit par des aberrations épigénétiques(4) par interférence ARN qui permet le KO transitoire des sous-unités PRC1 du groupe Polycomb (PcG), impliquées dans la mémoire épigénétique. Un KO transitoire suffit à induire une tumorigenèse. Ces tumeurs peuvent être transplantées indéfiniment à plusieurs générations d’hôtes.

RÉFÉRENCES & PUBLICATIONS

1. Prorok P., et al. Involvement of G-quadruplex regions in mammalian replication origin activity. Nat Com. (2019) 10:3274.

2. Akerman I., et al. A predictable, conserved DNA sequence signature defines Human Core DNA replication origins. Nat Com. (2020) 11:4826.

3. Imai Y.*, Biot M.*, et al. PRDM9 activity depends on HELLS and promotes local 5-hydroxymethylcytosine enrichment. eLife (2020) 9. 10.7554/eLife. 57117.

4. Schuettengruber B., et al. Genome Regulation by Polycomb and Trithorax: 70 Years and Counting. Cell (2017)171, 34-57.

5. Ciabrelli, F. et al. Stable Polycomb-dependent transgenerational inheritance of chromatin states in Drosophila. Nat Genet (2017) 49, 876-86.

6. Szabo Q. et al. Regulation of single-cell genome organization into TADs and chromatin nanodomains. Nat Genet (2020) 11, 1151-57.

7. Jerkovic I., and Cavalli G. Understanding 3D genome organization by multidisciplinary methods. Nat Rev Mol Cell Biol (2021) 10.1038.

8. Erokhin, M., et al. Clinical Correlations of Polycomb Repressive Complex 2 in Different Tumor Types. Cancers (2021) 13, 3155.

9. Szabo Q., Cavalli G., and Bantignies F. Higher-Order Chromatin Organization Using 3D DNA Fluorescent In Situ Hybridization. Methods Mol Biol (2021) 2157, 221-37.