Identification des mécanismes moléculaires régulateurs du programme spatio-temporel de la réplication – OriMolMech

La duplication exacte des génomes vertébrés à chaque phase S du cycle cellulaire est sous le contrôle d’un programme spatio-temporel qui régule à la fois le positionnement et le moment de déclenchement d’environ 100 000 points de départ appelés origines de réplication. Des cartographies génomiques de ce programme ont apporté des informations importantes sur les mécanismes potentiels impliqués dans cette régulation. Nous développerons deux axes majeurs ayant pour but de progresser encore plus dans la compréhension de cette régulation.
Le recouvrement le plus fort entre les origines de réplication et une caractéristique particulière du génome, correspond à des séquences enrichies en motifs G-quadruplexe (G4). En utilisant des approches génétiques sur deux origines modèles, nous avons récemment montré que les G4s étaient des régulateurs importants des origines de réplication chez les vertébrés. Cependant, le G4 doit coopérer avec un élément cis voisin ce qui suggère une régulation impliquant au moins deux modules. Le premier axe de recherche consiste à comprendre comment et à quel moment les G4s sont impliqués dans le fonctionnement des origines et à élucider la fonction de l’élément cis coopérant. Cette étude sera faite sur deux origines modèles de poulet et sera étendue à des origines modèles humaines. Des analyses statistiques seront développées pour identifier et/ou valider des motifs enrichis à proximité des G4s associés à des origines de réplication. De plus de nouvelles méthodes statistiques de comparaison de profils d’enrichissement de pics sur l’ensemble du génome seront développées pour comparer la répartition des origines de réplication dans différents contextes génétiques.
Le deuxième axe a pour but d’explorer comment les domaines précoces de réplication se forment puis de tester l’impact d’une réplication précoce sur la formation de la chromatine, l’organisation nucléaire et l’expression génique. L’organisation du génome en larges domaines précoces ou tardifs de réplication émerge comme un système qui intègre à la fois la régulation génique, l’organisation tridimensionnelle du noyau avec la stabilité du génome. Les domaines précoces de réplication sont associés à une transcription active et une chromatine ouverte alors que les domaines tardifs sont moins organisés et associés à un taux de mutation plus élevé. L’ensemble de ces données a suggéré un modèle (Replication Domain model) selon lequel chaque domaine précoce est une unité de régulation qui influence le moment de déclenchement des réplicons internes. Une alternative est que les domaines précoces de réplication résultent fortuitement du déclenchement plus ou moins synchrone d’un groupe de réplicons, chaque réplicon portant son information de manière autonome. Nous avons déjà identifié une combinaison d’éléments cis qui peut induire la formation d’un réplicon indépendant qui avance le moment de réplication d’une région naturellement tardive. Nous allons tester la seconde hypothèse en insérant deux copies de notre réplicon modèle à une distance de 30kb dans une région naturellement tardive. Nous testerons d’abord comment la dynamique de réplication est modifiée. La réplication de l’ADN est une fenêtre d’opportunité permettant un profond changement de l’état de la chromatine. Une hypothèse est qu’une réplication précoce favorise l’assemblage d’une chromatine plus ouverte. Ce modèle est extrêmement attractif puisqu’il suggère un contrôle positif du moment de la réplication sur la chromatine et vice-versa rendant le système plus robuste. Nous comparerons l’état chromatinien de ce nouveau domaine avec celui de l’allèle sauvage non modifié. Ces études génétiques seront complétées par le développement de nouvelles méthodologies statistiques qui nous permettront d’intégrer nos cartographies à haut débit du programme spatio-temporel de la réplication avec les données récentes sur l’organisation tridimensionnelle du noyau (données de chromosome conformation capture).