Dynamique de facteurs de transcriptions individuels dans une cellule eukaryote – DynaFT

Sur les 23000 gènes présents dans une cellule humain, seuls quelques milliers sont exprimés à un instant donné pour spécifier la fonction cellulaire au sein de l'organisme. La régulation de l'expression génique est assurée par des facteurs de transcription (FTs) spécifiques. Les FTs contrôlent les gênes qui sont activés ou ceux qui sont silencieux en s'associant, de manière transitoire, à des séquences promotrices dans le génome. Ainsi, comprendre la dynamique de la régulation des gênes nécessitent d'élucider les mécanismes qui contribuent à la recherche de gêne cibles ainsi qu'à la cinétique d'association et de dissociation. Au sein du noyau, les FTs sont souvent présents en faible nombre comparé aux gènes qu'ils peuvent réguler. Idéalement, l'étude de leur activité devrait donc être abordée à l'échelle de la molécule unique. Nous proposons ici de développer un ensemble d'outils biologiques et physiques permettant la détection de FTs individuels, marqués par un colorant ou un nanocristal semiconducteur, et microinjectés dans le noyau. Nous utiliserons des cellules humaines modifiées de façon à ce que ces FTs fluorescents ne puissent se lier qu'à un seul site, contrôlant l'expression d'un seul gêne. Dans ces conditions, le suivi de FTs au sein du noyau nous permettra d'étudier des questions qui sont restées inaccessibles jusqu'à présent : 1) Comment est ce qu'un FT trouve sa cible au sein du génome et combien de temps est ce que cela prend ? 2) Quels sont les paramètres (tels que les interactions non spécifiques avec l'ADN, l'encombrement moléculaire ou la structure nucléaire, association avec la cible) qui déterminent de manière dominante la cinétique du processus de recherche ? 3) En présence de plusieurs sites cibles, y a –t-il compétition ou coopération entre les sites et dans quelle mesure cela dépend de leur distance relative ? 4) Une fois le FT lié à son site d'activité, quel est son temps de résidence et comment cela est t-il relié à la production des transcrits ARN ? Les expériences de molécule unique in vivo seront complémentées par des mesures de molécules uniques in vitro permettant une caractérisation de la dynamique des interactions FT-ADN, ainsi que par des outils modélisation statistique permettant d'analyser le processus de recherche dans le noyau. Ce projet est basé sur la collaboration étroite entre trois groupes ayant des compétences complémentaires en biophysique à l'échelle de la molécule unique, biologie cellulaire et moléculaire de la transcription et physique statistique des processus stochastiques. La combinaison de nouvelles approches expérimentales et d'outils de modélisation permettra d'appréhender de manière nouvelle la dynamique nucléaire des facteurs de transcription et leur implication dans la régulation des gênes.