Fonction des facteurs de remodelage de chromatine et de CTCF dans l’organisation 3D du génome mammifère – 3D-reMODEL

Les facteurs de remodelage de chromatine ATP-dépendants (les remodeleurs) sont mutés de façon récurrente dans les cancers humains. Nous avons récemment publié une étude à l’échelle du génome de la fonction des remodeleurs en cellules souches embryonnaires (ES) (De Dieuleveult et al., Nature 2016). Cette étude a révélé la liaison sélective des remodeleurs sur les éléments promoteur et enhancer des gènes. De manière inattendue, nous avons également détecté la liaison des remodeleurs sur les éléments CTCF. La protéine CTCF se lie à l’ADN et participe au partitionnement du génome en domaine de chromatine distincts. Cette organisation aurait pour but de réduire les possibilités de contact illégitimes entre les (onco)gènes et les enhancers non liés. En combinant les expertises des trois partenaires du projet, nous allons analyser la fonction des remodeleurs de chromatine au niveau des sites CTCF, et définir comment ils contribuent à l’organisation 3D du génome.
Notre projet 3D-reMODEL comprend quatre objectifs pour étudier de manière systématique le lien fonctionnel entre les remodeleurs et le duo CTCF/Cohesin dans la structuration 3D du génome mammifère. Ce projet permettra aussi de définir comment la collaboration entre les remodeleurs et CTCF pourrait contribuer au phénotype cancéreux.
1. Nous définirons comment CTCF co-localise avec neuf remodeleurs différents, avec des spécificités d’orientation, aux niveau des sites CTCF marquant les limites de différents domaines 3D (TADs versus différentes catégories de sub-TADs) dans les cellules ES murines.
2. Nous étudierons grâce à une approche ChIP-seq comment les neuf remodeleurs régulent la liaison et la stabilisation de CTCF et du complexe Cohesin. Nous déterminerons également comment CTCF contribue au recrutement des remodeleurs sur le génome.
3. Nous proposons également de disséquer la nature des interactions entre CTCF et les remodeleurs sur le génome en testant les interactions directes entre ces facteurs. Nous caractériserons le réseau des interactions protéine-protéine du duo CTCF/Cohesin grâce à des approches de co-immunoprécipitation couplées à une analyse par spectrométrie de masse.
4. En utilisant une combinaison d’approches Hi-C et HiChIP, nous analyserons les conséquences de la perte de fonction de chacun des remodeleurs sur la formation des différents domaines 3D de chromatine. En particulier, nous évaluerons si la régulation par Brg1 de domaines 3D pourrait expliquer sa fonction de suppresseur de tumeur.
Nous avons réalisé une série d’expériences préliminaires dans lesquelles nous avons cartographié par ChIP-seq le profil de liaison de CTCF sur le génome, dans des cellules ES normales ou déplétées en Brg1, Chd4 ou Ep400. Nous avons établi que la perte de fonction de chacun de ces trois remodeleurs altère subtilement, et avec un profil spécifique, la liaison de CTCF sur le génome. Ces données suggèrent que les remodeleurs présents au niveau des sites CTCF ont des fonctions régulatrices spécifiques dans la formation des domaines 3D de chromatine. Il est donc important de tester comment les autres remodeleurs régulent la liaison de CTCF, si CTCF lui-même est impliqué dans le recrutement des remodeleurs, et comment les changements de liaison de CTCF perturbent l’organisation 3D du génome des cellules ES.