Mémoire mitotique de l'activité transcriptionnelle dans les cellules ES – MitMAT

Le maintien de l'identité cellulaire repose sur la capacité des cellules filles à exprimer le même répertoire génétique que leur cellule mère. De façon générale, le maintien du transcriptome au fil des divisions cellulaires se fait par défaut, grâce à des mécanismes de répression épigénétique qui assurent que les mêmes groupes de gènes soient éteints de façon permanente. Alors que ce modèle a été appliqué avec succès à de nombreux contextes biologiques, il est incapable d'expliquer les propriétés étonnantes des cellules embryonnaires souches (ES). Ces cellules, dérivées de la masse cellulaire interne du blastocyste précoce, sont en effet capables de s'auto-renouveller indéfiniment sans perdre leur pluripotence, leur capacité à générer toutes les cellules adultes. Pour proliférer et maintenir leur état indifférencié, les cellules ES nécessitent de maintenir silencieux tous les gènes capables d'induire la différenciation. Cependant, l'invalidation génétique des mécanismes classiques de répression épigénétique (gènes du groupe Polycomb, méthyl-transférases des dinucléotides CpG ou de la lysine 9 de l'histone H3) ne semble pas affecter l'auto-renouvellement des cellules ES. Par conséquent, les cellules ES représentent une exception frappante vis à vis des stratégies moléculaires généralement mises en œuvre pour assurer l'hérédité des programmes génétiques.

Étant donné que les mécanismes classiques de répression épigénétique semblent jouer un rôle très mineur dans les cellules ES, et que les gènes de différenciation ne sont que rarement exprimés et à très faible niveau, il faut supposer que les régulateurs transcriptionnels de la pluripotence sont particulièrement efficaces pour empêcher leur expression après chaque division cellulaire. En effet, les cellules ES sont totalement dépendantes de l'activité d'une poignée de facteurs de transcription tels que Oct4 et Sox2, sans les quels les cellules ES perdent leur identité et différencient. Cependant, la mitose représente bel et bien une période dramatique pour les facteurs de transcription: le compactage extrême de la fibre chromatinienne empêche les facteurs de transcription d'accéder à leur sites de fixation sur l'ADN. Ceci implique qu'après chaque division cellulaire, les cellules ES doivent très rapidement rétablir l'ensemble des interactions constituant le réseau de régulation affin d'éteindre efficacement les gènes de différenciation. Dans ce contexte, l'existence d'une mémoire épigénétique d'activation transcriptionnelle (et non pas de répression) serait particulièrement intéressante.

Au cours de ces dernières années une série d'observations est venue renforcer la notion d'hérédité mitotique de l'activation transcriptionnelle: dans plusieurs contextes biologiques il a en effet été montré que certains facteurs de transcription sont étonnamment capables de rester fixés à leur séquences cibles au sein du chromosome mitotique. Ce dénommé « marque-pages mitotique » représente un mécanisme extrêmement simple pour maintenir l'activité transcriptionnelle au cours des divisions cellulaires: c'est une forme de mémoire mitotique d'activité qui instruit la mise en place des programmes génétiques de cellule mère en cellule fille. L'hypothèse présentée dans ce projet est que le marque-pages mitotique par les facteurs de transcription associés à la pluripotence permet de rétablir efficacement le réseau de régulation pour que les gènes de différenciation puissent être éteints rapidement. Au cours des deux dernières années nous avons montré que Esrrb, un facteur de pluripotence, reste associé à de nombreux sites de régulation pendant la mitose afin d’assurer le maintien de l’identité transcriptionnelle des cellules ES. Dans ce document, nous présentons les stratégies qui vont être développées pour étudier plus finement le rôle de l’association de Esrrb et d’autres facteurs de pluripotence au chromosomes mitotiques des cellules ES.