Role des polymérases spécialisées dans la réplication normale: nécessaire pour la duplication des régions d'hétérochromatine au cours de la différenciation cellulaire , conséquence sur la mutagenèse spontanée – SPUR

La duplication du génome durant la phase-S se produit de manière spatialement et temporellement organisée reflétant ainsi une certaine organisation du génome. En effet, l'euchromatine est d'abord répliquée, suivie par l'hétérochromatine facultative durant le milieu de la phase-S, pour finir par l'hétérochromatine constitutive dans la seconde moitié de la phase S. Le programme temporel de la réplication se reflète aussi dans le positionnement des régions dans le noyau : l'euchromatine est localisée à l'intérieur alors que l'hétérochromatine constitutive est plutôt situé à la périphérie du noyau.
Ce programme spatio-temporel de la réplication présente cependant une certaine flexibilité au cours du développement et de la différenciation cellulaire. Les changements observés sont corrélés avec des changements dans la dynamique de la chromatine, mais aussi avec des changements dans l'architecture nucléaire induisant finalement une modification de l'expression des gènes. Par ailleurs, des études récentes indiquent qu'un certain nombre de maladie comme le cancer sont associées avec un programme temporel perturbé et réarrangé. Le programme temporel de la réplication n'est donc pas figé et peut changer suivant le contexte cellulaire.
Par ailleurs, plusieurs observations indiquent que le programme temporel de la réplication influe fortement sur la répartition spatiale des événements mutagènes. En effet, certaines régions du génome répliquées en fin de phase-S présentent un taux de mutations spontanées supérieur par rapport aux régions environnantes répliquées quant à elles au début de phase-S. Des observations similaires ont été décrites durant l'évolution des espèces mais aussi lors de l'évolution d'un cancer. De plus, une étude récente a montré que le déterminant principal dans la variation du taux de mutation est l'organisation de la chromatine. Il y a un taux de mutation plus élevé dans l'hétérochromatine que dans la chromatine ouverte. A partir de ces observations, plusieurs questions se dégagent : Pourquoi une région qui se réplique tardivement présente un taux de mutation plus élevé et comment ?
Quelles seront les conséquences sur la réorganisation globale du génome qui a lieu au moment de la différenciation / dédifférenciation ou reprogrammation ?, Et comment va évoluer le paysage mutagène ?
Les mutations ponctuelles présentes dans le génome sont principalement causées par une classe spéciale d'ADN polymérases (TLS polymérases) car elles sont peu fidèles. Cette classe de polymérases intervient essentiellement pour répliquer certaines lésions (ou des structures secondaires d'ADN particulières) qui ne peuvent pas être franchies par les ADN polymérases réplicatives (polymérase delta et epsilon). Cependant, un nouveau concept propose que ces enzymes puissent également jouer un rôle prépondérant au cours la phase S dite « normale ».
Sur la base de nos résultats préliminaires, nous faisons l’hypothèse que l’ADN polymérase zeta, qui est une TLS polymérase essentielle, serait requise pour répliquer des régions de chromatine condensée. Du fait de son activité « error-prone », elle participerait activement et directement à l'augmentation du taux de mutations dans ces régions génomiques qui sont répliquées tardivement au cours de la phase-S.
Par conséquent, Notre projet SPUR vise à définir en détail l'implication de Pol zeta dans la réplication de l'ADN et son impact sur le programme spatio-temporel de la réplication lors de la différenciation des cellules souches embryonnaires. Nous déterminerons également l’évolution du taux de mutation ponctuelle avant et après différenciation des cellules ES et préciserons si Pol zeta est responsable de cette mutagenèse.