Le choix des origines de réplication dans le contrôle de la stabilité génomique et l'identité cellulaire – ORICHOICE

A chaque division cellulaire, la réplication de l'ADN permet la transmission fidèle aux cellules filles de l'information génomique contenue dans nos chromosomes. C’est un processus de base du développement embryonnaire, qui permet également le renouvellement de millions de cellules à chaque seconde de la vie adulte. Des erreurs dans ce processus conduisent à une instabilité du génome responsable du vieillissement cellulaire et de plusieurs maladies génétiques. L’initiation de la réplication de l'ADN aux origines de réplication est au centre de ce projet.
Paradoxalement, l'initiation de la réplication de l'ADN, une fonction majeure de la cellule, reste mal comprise chez les métazoaires. 50 000 à 100 000 origines de réplication sont activées à chaque division d’une cellule humaine. Elles commencent seulement à être caractérisées à l'échelle du génome entier, mais leur nature reste insaisissable. Le concept sous-jacent à ce projet est que les origines de réplication de l'ADN sont des éléments structurels de notre génome qui contribuent à l’organisation du génome au cours de la différenciation. Un codage différentiel des chromosomes par les origines de réplication pourrait ainsi refléter l'identité cellulaire au cours du développement et de la différenciation.
L'utilisation de nouvelles procédures de cartographie des origines de réplication nous a récemment permis de les caractériser dans le chromosome 11 de cellules souches pluripotentes de souris, et dans le génome de la drosophile (Cayrou et al, 2011, 2012). Nous avons ensuite étendu ces résultats à l'ensemble du génome de la souris par séquençage à haut débit de l'ADN (résultats en rédaction). Bien que les origines de réplication se situent à des positions précises sur le génome, nos données confirment que seule une partie d'entre elles est utilisée à chaque cycle cellulaire dans une cellule donnée. Cette plasticité dans l'utilisation des origines de réplication reste peu comprise. Ce projet vise à déterminer si les signatures des origines de réplication et leur positionnement contribuent à l'identité cellulaire et sont une caractéristique nouvelle de la différenciation des cellules pluripotentes. Nous caractériserons également le rôle des petits ARN non codants, comme de nouvelles signatures épigénétiques du positionnement et de l'activité des origines de réplication.
Ces relations entre origines de réplication et destin cellulaire seront expérimentalement traitées en utilisant des modèles cellulaires de différenciation murins et humains bien définis.
La principale question est de déterminer si les signatures et positionnements des origines de réplication sont en corrélation avec les changements d’identité cellulaire. Dans un premier objectif, nous analyserons les changements de position des origines suite à l’induction de précurseurs neuraux à partir de cellules souches embryonnaires de souris. Dans un deuxième objectif, nous analyserons la distribution des origines de réplication au cours de l'auto-renouvellement et la différenciation des cellules souches hématopoïétiques murines et humaines, ainsi que dans des cellules souches embryonnaires humaines. Le troisième objectif complémentaire est de déterminer le rôle des petits ARN nucléaires non codants dans la signature des origines de réplication.
L'expertise nécessaire pour ces objectifs est quasi-impossible à trouver dans un seul groupe. Ce consortium regroupe des équipes de trois unités différentes qui ont des tâches précises dans le projet: expertise dans les systèmes de différenciation de cellules souches embryonnaires murines et humaines, expertise dans la détermination des origines de réplication et des méthodes d’analyse de la réplication (groupe de Méchali); expertise dans les cellules hématopoïétiques humaines et de leurs modifications génétiques (groupe de Taylor); expertise en bioinformatique génomique et biologie computationnelle groupe de van Helden).