Signalisation et épigénétique au cours de la différenciation musculaire : Régulation de la méthylation des histones et des protéines non histones par la voie Wnt – MuSiC

Les maladies dégénératives, telles que la Dystrophie Musculaire de Duchenne (DMD), sont souvent associées à un déclin des capacités de régénération tissulaire. De fait, l’un des buts de la médecine régénérative est la compréhension des mécanismes moléculaires contrôlant le destin des cellules souches et, en particulier la différenciation terminale. Nous étudions la régénération du muscle squelettique comme modèle de réparation tissulaire. Ce processus est assuré par les cellules souches musculaires adultes (cellules satellites, MuSCs) et nécessite l'activation et la répression sélective de programmes épigénétiques spécifiques.

Un des mécanismes épigénétiques essentiels implique la méthylation/déméthylation des histones ou de protéines non-histones. La méthylation des histones permet un changement à long terme des profils d’expression des gènes. Elle est associée à la fois aux régions transcriptionnellement actives ou inactives, selon le résidu méthylé et sa localisation dans le génome. Par exemple, la méthylation de l’histone H3 sur la lysine 9 (H3K9) est généralement associée à la répression de la transcription. La méthylation met en jeu les lysine méthyltransférases (KMTs) et déméthylases (KDMs). Plus de 30 KMTs et 20 KDMs ont été décrites, présentant une spécificité stricte vis-à-vis d’un ou plusieurs résidus d’histones. Pour certaines, des substrats non-histones ont également été décrits. Nous nous intéressons particulièrement aux KMTs et KDMs ciblant H3K9.

La KMT de H3K9 SETDB1 est essentielle au maintien de la pluripotence des cellules souches embryonnaires et des cellules progénitrices (spermatogenèse, neurogenèse, ostéogenèse…). Notre consortium a récemment montré que SETDB1, sous le contrôle de la voie de signalisation Wnt canonique, est nécessaire pour l’amplification des MuSCs suite à leur sortie de quiescence en culture ex vivo et au cours de la régénération musculaire in vivo (Beyer et al., 2016). En cela, la perte de SETDB1 n’est pas compensée par les autres KMTs de H3K9. En effet, Wnt3a induit une re-localisation massive de SETDB1 vers le cytoplasme au cours de la différenciation musculaire permettant l’activation de gènes importants pour la différenciation terminale en diminuant la quantité de SETDB1 - et donc le niveau de méthylation de H3K9 – liée à leurs promoteurs.

Nos résultats actuels et non encore publiés montrent que dans le cytoplasme SETDB1 est stable, actif enzymatiquement et il y est associé aux polysomes. Par ailleurs, ils suggèrent que SETDB1 joue un rôle dans la régulation du taux de traduction global. Enfin, SETDB1 co-purifie avec diverses protéines de régulation de la traduction dont certaines, comme eEF1a, sont différentiellement méthylées sur lysines en absence de SETDB1.

Le but de notre projet est d’élucider la régulation des fonctions de SETDB1 par la voie de signalisation Wnt au cours de la différenciation musculaire squelettique. Notre hypothèse de travail, basée sur nos résultats publiés et préliminaires, est que la voie de signalisation Wnt/beta-Caténine est nécessaire à l’établissement et au maintien de l’identité des cellules souches musculaires en régulant l’épigénome via SETDB1.

Nos objectifs sont :

1)- Etudier les mécanismes régulant la re-localisation cytoplasmique de SETDB1 induite par Wnt et identifier les cibles pan-génomiques de SETDB1 sensibles à Wnt/beta-Caténine et les modifications épigénétiques associées.

2)- Etudier le rôle de SETDB1 durant la régénération musculaire in vivo et définir les nouvelles cibles de Wnt/SETDB1.

3)- Définir le rôle de de SETDB1 dans le cytoplasme et identifier ses substrats non-histones.