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ANalyse de la DYnamique des chromosomes associée à la transcription – ANDY

La cinétique des chromosomes en temps réel

La cinétique des chromosomes en temps réel en réponse à l'activation de l'expression des gènes: quelles modalités, quelles causes, quelles conséquences? de 'observation in vivo à la modélisation biophysique

Comment les propriétés structurelles des chromosomes contribuent ou évoluent pendant l'activation du gène?

Les objectifs de notre projet sont de répondre aux questions suivantes basées sur le développement d'outils technologiques et biophysiques Innovants:<br /><br />- Est-ce que les événements de relocalisation de gènes impliquent des réorganisations globales ou locales chromosomes?<br />- Comment les propriétés structurelles des chromosomes contribuent ou évoluent pendant l'activation du gène?<br />- Est réorganisation chromosomique la cause ou une conséquence de l'activation de la transcription?<br />- Comment les mouvements de la chromatine en corrélation avec l'expression des gènes au niveau de l'ARNm?

étiquettage de l'ADN in situ,
imagerie à fluorescence,
algorithmes quantitatifs d'analyse d'image
microfluidique
modélisation biosphysique

Nous avons recueilli des données expérimentales par imagerie ultra-rapide de cellules uniques, en explorant la dynamique de sites individuels. Afin de définir le rôle des propriétés intrinsèques de la chromatine dans l'activation de la transcription, nous optimisons un système de microfluidique sur biopuce. Ce système nous permettra de tester les variations de la dynamique de la chromatine en réponse à des stimuli contrôlés avec précision dans l’activation de la transcription suite à l'ajout d'hormones dans les cellules humaines et de la levure. Des algorithmes d'analyse d'images sont en cours de développement pour interpréter les données provenant des acquisitions simultanées d’images de couleurs multiples et ultra-rapides. Les données expérimentales sont confrontées à des simulations de la chromatine et du comportement des chromosomes. Un modèle physique quantitatif nous permet dóres et déjà d'extraire des paramètres physiques du comportement de la chromatine.

Analyse effet transcription dans des conditions variables et par rapport à des répères différents.
Optimiser la microfluidique, notamment pour celules humaines;
imagerie à haute résolution;
applique les modèles biophysiques aux donnée expérimentales - aller retour des résultats;

1. Bystricky K.# “Chromosome dynamics and folding in eukaryotes: insights from live cell microscopy” FEBS Letters Special Issue 3D Genome Structure, in press pii: S0014-5793(15)00611-0. doi: 10.1016/j.febslet.2015.07.012. 2015 review
2. Lassadi I.*, Kamgoué A*., Goiffon I., Tanguy-le-Gac N. and Bystricky K.# “Differential chromosome conformations as hallmarks of cellular identity revealed by mathematical polymer modeling. ” PLoS Computational Biology, DOI 10.1371/journal.pcbi.1004306, 2015
3. Caré, B.; Carrivain, P.; Forné, T.; Victor, JM; Lesne, A. (2014), Finite-size conformational transitions: a unifying concept underlying chromosome dynamics, Communications in Theoretical Physics, 62, e1003456
4. Cortini, R.; Caré, B.; Victor, JM & Barbi, M. (2015), Theory and simulations of toroidal and rod-like structures in single-molecule DNAcondensation, J. Chem. Phys. 142
5. 1. Wang R, Mozziconacci J, Bancaud A, Gadal O., Principles of chromatin organization in yeast: relevance of polymer models to describe nuclear organization and dynamics, Curr Opin Cell Biol. 2015 May 5;34:54-60. doi: 10.1016/j.ceb.2015.04.004 review

Notre engagement est de mettre au point la vidéomicroscopie à fluorescence ultra-rapide et quantitative en 3D sur des cellules adaptées à la visualisation de fluorophores multiples. Nous cherchons à caractériser les paramètres physiques de la fibre de chromatine qui déterminent le comportement diffusif spontanée des loci de gènes, et d'élucider les processus qui guident la réorganisation de la chromatine en réponse à des stimuli chimiques, par exemple. Nous souhaitons explorer la cinétique des interactions à longue portée de la chromatine afin d'obtenir de nouveaux aperçus sur l'organisation structurelle chromatine en fonction de paramètres physiques.
Notre projet vise à repondre à ces questions fondamentales :
• Est-ce que le changement de position d’un gène en réponse a la transcription s’accompagne d’une réorganisation de la chromatine sur une échelle locale ou globale ?
• Quelle est la contribution de propriété structurale de la chromatine a la régulation de l’expression des gènes ?
• Est-ce que la réorganisation des chromosomes est une cause ou une conséquence de l’activation transcriptionelle ?
• Y-a-t-il une corrélation entre la dynamique des chromosomes et la synthèse d’ARN messagers ?


Nous allons recueillir des données expérimentales par imagerie ultra-rapide de cellules uniques, en explorant la dynamique de sites individuels et le comportement de plusieurs sites par rapport à des repères nucléaires. Afin de définir le rôle des propriétés intrinsèques de la chromatine dans l'activation de la transcription, nous allons optimiser un système de microfluidique sur biopuce. Ce système nous permettra de tester les variations en 3D de la dynamique de la chromatine en réponse à des stimuli contrôlés avec précision dans l’activation de la transcription suite à l'ajout d'hormones dans les cellules humaines et de la levure. Des algorithmes d'analyse d'images seront développés pour interpréter les données provenant des acquisitions simultanées d’images de couleurs multiples et ultra-rapides. Les données expérimentales seront confrontées à des simulations de la chromatine et du comportement des chromosomes. Un modèle physique quantitatif nous permettra d'extraire des paramètres physiques du comportement de la chromatine qui peuvent à leur tour être testés et confirmés par des expériences.

Coordination du projet

Kerstin Bystricky (LBME)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

UMR5099 LBME
LAAS CNRS Laboratoire d'Analyse et d'Architecture des Systèmes
LPTMC Laboratoire de Physique Théorique de la Matière Condensée

Aide de l'ANR 424 467 euros
Début et durée du projet scientifique : décembre 2013 - 42 Mois

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