Rôle des ARN non codant dans la régulation d’un domaine génique soumis à l’empreinte – IMPRINT-RNA

Les mécanismes épigenétiques sont nécessaires pour le développement embryonnaire et contribuent à l’établissement et à la maintenance des patrons d’expression spécifiques de chaque lignée. Chez les mammifères, les phénomènes épigenétiques contrôlent l’expression mono-allélique de plusieurs groupes de gènes. Ceux-ci incluent l’inactivation du chromosome X et l’empreinte génomique, un phénomène essentiel au cours duquel l’expression mono-allélique prend place durant le développement en fonction de l’origine parentale du gène. Quelque 130 gènes codants, et des centaines des petits ARN non codant, sont soumis à l’empreinte génomique chez la souris et l’Homme. La régulation de la dose d’expression de plusieurs de ces gènes est critique pour le développement fœtal et la croissance, alors que d’autres sont impliqués dans des processus neuro-développementaux. Par conséquent, la perturbation de l’empreinte génomique a des effets graves sur le développement et est associé à différentes maladies et au cancer.

Les gènes soumis à l’empreinte sont organisés en larges domaines chromosomiques conservés au cours de l’évolution. L’expression allélique le long de chacun de ces domaines est contrôlée par une ‘région de contrôle de l’empreinte’ (ICR), une séquence essentielle d’ADN de plusieurs kilobases marquée par la méthylation de l’ADN sur l’un des deux allèles parentaux. Nous sommes encore loin de comprendre comment la méthylation différentielle des ICRs contrôle l’expression mono-allélique des gènes des domaines soumis à l’empreinte au cours du développement. Plus particulièrement, il reste à démontrer comment les ICRs activent les gènes en cis sur l’un des deux chromosomes parentaux pour plusieurs domaines soumis à l’empreinte. C’est le scénario ce produisant au domaine Dlk1-Dio3. Notre projet concerne ce grand domaine soumis à l’empreinte impliqué dans le développement musculaire, placentaire et neuronal.

Le domaine Dlk1-Dio3 comporte un ICR intergénique essentiel pour l’expression allélique le long plus de 1 Mb de la partie distale du chromosome 12 murin. Nous avons découvert que l’activation génique contrôlée par l’ICR est liée à l’expression d’ARNs non-codant (ncRNAs) nucléaires, qui s’accumulent sur le locus. Cette découverte originale suggère un nouveau mécanisme d’empreinte au cours du développement – l’activation génique dirigé par les ncRNAs – et constitue la base de notre proposition ANR. Notre projet comporte quatre buts scientifiques interdépendants. Premièrement, nous allons déterminer la nature précise, la localisation, et la régulation au cours du développement de ces ncRNAs. Deuxièmement, nous allons induire la perte d’expression des ncRNAs grâce à une nouvelle approche par shRNA (constitutivement chez la souris, et nous déterminerons son effet sur la transcription, la réplication, l’organisation de la chromatine et la configuration nucléaire du domaine. Notre troisième but sera d’explorer par des approches biochimiques et microscopiques, si l’un des gènes non-codants activé par l’ICR sur le chromosome maternel, le gène Gtl2, et responsables pour l’inactivation allélique de plusieurs gènes codants (Dlk1, Rtl1, Dio3) durant le développement. Notre quatrième but sera l’exploration in vivo la régulation et rôle développementales et le timing des fonctions enhancer contrôlés par les ncRNAs. Enfin, et surtout, nous explorerons la conservation au cours de l’évolution des fonctions contrôlés par les ncRNAs chez les humains, avec un accent particulier sur la possibilité que ce mécanisme puisse être important dans les cellules souches pluripotent embryonnaires et iPS.

Grâce à ce projet, nous espérons mettre en évidence le mécanisme de l’empreinte au domaine Dlk1-Dio3 et son importance pour le développement. Puisque plusieurs études récentes ont décrit l’expression d’ARN non-codant aux enhancers intergéniques, nos découvertes seront certainement d’un intérêt général pour la biologie moléculaire et du développement.