Rôle de l'architecture de la chromatine dans la régulation de la transcription des gènes – ChromaTranscript

Le matériel génétique contenu dans le noyau des cellules eucaryotes présente une architecture multi-échelle complexe. Si à l'échelle du nucleosome unique, cette architecture est désormais bien décrite, ce n'est pas le cas des niveaux d'organisation supérieurs. Un autre aspect qui demeure mal caractérisé est la dynamique de cette architecture. Alors qu'à l'état "stationnaire", l'organisation intra-nucléaire est considérée comme globalement stable au cours de l'interphase, des modifications importantes de cette structure ont été observées en réponses à des stimulations extérieures. Ainsi, l'activation ou la répression de la transcription des gènes est souvent associée à des modifications du niveau de compaction de la chromatine ainsi qu'au repositionnement des gènes cibles au sein du noyau. Cependant, le mécanisme à l'origine de telles réorganisations reste mal défini. Ceci est probablement dû au fait que nous ne disposons pas à l'heure actuelle d'une description précise de la dynamique du processus de réorganisation de l'architecture nucléaire. De plus, nous ne savons pas si cette réorganisation est la cause ou la conséquence des modifications observées au niveau de l'activité transcriptionnelle. Avec ce projet de recherche, nous proposons de tenter de répondre à ces questions via une approche originale à l'interface entre la biologie, la physique et la microscopie.

Ce projet sera coordonné par Sébastien Huet, un biophysicien spécialisé dans l'étude par microscopie optique de la dynamique des processus intra-cellulaires. Sébastien Huet a récemment créé une équipe intitulée “Dynamique de l'architecture chromatinienne” au sein de Institut de Génétique et du Développement de Rennes. Une technicienne de recherche spécialisée en biologie moléculaire va rejoindre cette équipe en Mai 2011. Le projet implique également deux autres partenaires présentant une expertise reconnue dans le domaine de la dynamique de l'architecture chromatinienne: i) le groupe dirigé par Kerstin Bystricky au sein du Laboratoire de Biologie Moléculaire des Eucaryotes à Toulouse et ii) le groupe de Gilles Salbert au sein du Laboratoire des Interactions Cellulaires et Moléculaires à Rennes.

Dans ce projet, nous proposons d'étudier le processus de restructuration de la structure de la chromatine associée à l'activation ou à la répression de la transcription en utilisant les gènes œstrogeno-régulés comme système “modèle”. Les œstrogènes contrôlent l'expression de multiples gènes impliqués dans la croissance et la différentiation de cellules saines ou malignes, en particulier dans le cas des cellules épithéliales mammaires. Des résultats récents obtenus par l'équipe de Kerstin Bystricky indiquent que l'activation ou la répression de la transcription induite par les œstrogènes est associées à une réorganisation massive de la structure nucléaire, à la fois du point de vue du niveau de compaction de la chromatine et de celui du positionnement des gènes œstrogeno-régulés au sein du noyau. Afin d'essayer de mieux comprendre ce processus de réorganisation nous envisageons de tenter de répondre au trois questions suivantes:

1) Quelle est la dynamique de ce processus de réorganisation de la chromatine à l'échelle d'un chromosome ?

2) Quelle sont les modifications au niveau de la structure fine de la chromatine qui sous-tendent les réorganisations observées en 1) ?

3) Cette réorganisation est-elle la cause ou la conséquence du changement d'activité transcriptionnelle ?

Afin d'étudier ces trois questions, nous proposons d'utiliser une approche interdisciplinaire innovante combinant le marquage en fluorescence de chromosomes ou de loci sur la chromatine en cellule vivante, avec des méthodes avancées de microscopie optique permettant de visualiser à différentes échelles spatiales et temporelles la processus de restructuration de la chromatine associé au contrôle de la transcription.