Décryptage du rôle des modifications des histones dans la stabilité et identité de la lignée germinale – GermChromatin

Le génome des cellules germinales est programmé pour produire des gamètes et transmettre aux embryons la capacité à se différencier en tous les types cellulaires après fécondation. Pour maintenir l'identité des cellules germinales et assurer la survie des espèces, il est crucial d'empêcher l'activation des programmes somatiques et de protéger l'intégrité du génome. Des travaux réalisés chez C. elegans, la Drosophile et la souris suggèrent que la structure de la chromatine intervient pour réguler ces deux processus. Pour mieux comprendre comment l'identité et la stabilité génomique des cellules germinales sont maintenues, il est aujourd'hui indispensable d'évaluer l'importance fonctionnelle des modifications épigénétiques dans le tissu germinal. L'objectif de cette demande est de déchiffrer par quels mécanismes moléculaires la méthylation de la lysine 4 de l'histone H3 (H3K4me), une modification universellement conservée, contrôle la maintenance de l'identité de la lignée germinale et la stabilité du génome chez C. elegans, un organisme modèle multicellulaire, bien adapté à la mise en œuvre de stratégies génétiques et génomiques.
La méthylation de H3K4 est généralement associée à des gènes actifs, mais joue aussi un rôle essentiel dans la maintenance de la stabilité du génome et la reprogrammation cellulaire. H3K4me est catalysée par la famille de méthyltransférases d'histones SET1/MLL qui sont actives au sein de complexes multiprotéiques incluant, entre autres, les protéines conservées Ash2 et Wdr5. Plusieurs complexes ont été identifiés chez les Mammifères, mais il n'est pas encore décrit comment leur composition varie selon les tissus et les stades développementaux. L'équipe Palladino (Partenaire #1) a précédemment démontré que chez C. elegans, SET-2/SET1 et WDR-5.1 sont nécessaires pour la méthylation de H3K4 dans la lignée germinale. En leur absence, les cellules germinales perdent leur immortalité, expriment des gènes somatiques, se transdifférencient en tissus somatiques et présentent une instabilité génomique. Ces résultats indiquent que SET-2, WDR-5.1 et H3K4me contribuent au maintien de l'identité germinale et à la stabilité du génome.
Pour identifier les bases moléculaires de la fonction de H3K4me dans la lignée germinale de C. elegans, nous allons: 1) identifier les réseaux génétiques et épigénétiques dépendants de H3K4me et SET-2 et impliqués dans le maintien de l'identité germinale et de la fertilité; 2) analyser l'instabilité génomique observée en l'absence de SET-2; 3) identifier les partenaires protéiques de SET-2/WDR-5.1 et déterminer comment ils contribuent à l'identité germinale. Pour l'objectif 1, nous réaliserons des profilages transcriptionnels (partenaire 2) afin d’identifier les voies régulatrices altérées, en l'absence de SET-2, lorsque les cellules germinales deviennent des cellules somatiques. En comparant ces résultats avec des analyses de l'épigénome (partenaires 1 et 2), nous définirons comment H3K4me contribue à l'établissement de domaines chromatiniens et influence l'expression des gènes. Pour l'objectif 2, le partenaire 1 utilisera une approche de séquençage de l’ADN en combinaison avec un nouvel outil génétique pour étudier le rôle de SET-2 dans la réparation de l’ADN. L'objectif 3 nécessitera la réalisation d'une approche protéomique et la mise en place d'une stratégie de génétique moléculaire pour identifier les partenaires des SET-2/WDR-5.1 et analyser leur fonction dans la lignée germinale de C. elegans.
H3K4me et les protéines SET1/MLL sont très conservées. Avec ce projet, nous allons obtenir des informations essentielles sur la fonction de cette marque et sur les mécanismes moléculaires qu'elle régule dans la lignée germinale. Plus largement, notre analyse sur la perte de la totipotence et de la stabilité génomique dans l’absence de SET-2 permettra de comprendre comment la structure de la chromatine contribue à la reprogrammation des destins cellulaires et à la stabilité du génome.