Décryptage du rôle des nouvelles modifications des histones dans la régulation de la transcription et le fonctionnement de la chromatine – CoreAc

Les principales techniques utilisées sont l’immunoprécipitation de la chromatine (ChIP), des méthodes biochimiques de purifications de complexes, des méthodes d’assemblage et de reconstructions de la chromatine in vitro et enfin des manipulations de transcription in vitro.

Nous voulons déterminer si les modifications post-traductionnelles de protéines histones régulent directement l’expression ou si ils elles sont à l’inverse une conséquence de la transcription sans influencer cette dernière. Nous nous intéressons particulièrement à des acétylations d’histones concernant des résidus situés dans la région centrale du nucléosome, en contact direct avec l’ADN. Nous avons pu montrer que ces modifications peuvent effectivement modifier l’expression des gènes et sont donc importantes pour de nombreux phénomènes cellulaires

Notre travail est le premier analysant de façon systématique le rôle fonctionnel de nouvelles modifications d’histones affectant la région centrale du nucléosome et correspond donc à des questions majeures de biologie moléculaire. Cette analyse extensive d’acétylations touchant la région centrale et particulièrement les surfaces latérales du nucléosome fait appel à une combinaison d’approches in vitro et vivo afin de comprendre leur fonctions et les mécanismes par lesquels ces modification régulent la transcription.

Le projet a donné lieu à 12 publications dans des revues à comité de lecture, 1 publication dans un chapitre d’ouvrage et à 8 communications orale dans des congrès internationaux.

Les histones constituent les briques de la chromatine eucaryote. Des modifications covalentes des histones sont à la base de la régulation de tous les processus liés à l'ADN. Plusieurs études ont mis en évidence le rôle régulateur des modifications des queues N-terminales des histones dans le fonctionement de la chromatine. En effet, le modèle actuel postule que les modifications de la queue des histones agissent à travers le recrutement de protéines spécifiques qui régulent à leur tour de nombreux processus cellulaires tels que la transcription. Toutefois, des questions fondamentales restent sans réponse à ce jour: (i) l'ensemble des modifications des histones identifiées est encore incomplète et on connaît très peu sur les modifications qui ont lieu au cœur des nucléosomes (ii) les effets fonctionnels à ce jour n'ont pas été directement attribués à une modification en elle même, mais plutôt au recrutement en aval des protéines avec des domaines de liaison spécialisés, (iii) nous ne savons pas encore si les modifications des histones peuvent réguler effectivement la transcription de façon directe -c'est à dire, si elles ont un rôle causative plutôt que d'être simplement une conséquence de la transcription par exemple

Nous voulons répondre à ces questions. Nous sommes intéressés particulièrement par l’identification et la caractérisation fonctionnelle des nouveaux sites d’acétylation des histones. Spécifiquement, les modifications ayant lieu sur des lysines situées à proximité de l'ADN dans le nucléosome, c’est à dire, sur la surface latérale de l’octamère des histones. Les modifications sur ces résidus sont particulièrement importantes car elles sont potentiellement capables d'établir des contacts directs ou indirects avec l'ADN et affecter ainsi les contacts histones-ADN. Cette localisation clé au coeur du nucléosome permettrait à ces modifications de réguler la mobilité des nuclésomes et donc la dynamique de la chromatine, ce qui aurait un effet directe sur l'expression des gènes

Notre objectif est d’étudier systématique l’acétylation de toutes les lysines qui se trouvent sur la surface latérale de l'octamère. Nos résultats préliminaires de spectrométrie de masse ont révelé plusieurs sites d'acétylation pas encore décrits: la lysine 64, la lysine 115 et la lysine 122 de l’histone H3

Avec le soutien de l'ANR, nous allons élucider la fonction biologique de ces acétylations dans la surface latérale de l'octamère. Au cours de ce projet nous allons:

a) Etudier systématiquement la distribution et la dynamique des acétylations sur H3K64, H3K115, et H3K122 in vivo et dans des modèles de differenciation et de reprogrammation épigénetique

b) Enquêter sur leur régulation par l'identification des enzymes responsables de leur acétylation

c) Etudier le mécanisme moléculaire à travers lequel ces modifications régulent la dynamique de la chromatine et la transcription

d) Déterminer leur rôle et leur signification in vivo

L'ensemble de nos projets nous permettront de comprendre la fonction des modifications des résidus de la surface latérale du nucléosome, ce qui constituera une avancée significative dans notre compréhension des mécanismes à travers lesquels les modifications des histones régulent des processus biologiques. En outre, les données générées nous permettront d’associer des sites d'acétylation spécifiques sur les histones avec un processus biologique défini et de démontrer le(s) mécanisme(s) d’action sous-jacent(s).

Ce projet combine l'expertise du laboratoire Schneider dans la caractérisation fonctionnelle de nouvelles modifications des histones et la biochimie de la chromatine avec l'expertise du laboratoire Tora, reconnu au niveau mondial dans le domaine de l’acétylation des histones et la caractérisation des complexes et enzymes responsables de leur acétylation. Seule l'expertise et complémentation des deux équipes ensemble permettra de répondre aux questions possées.