DNMT3C, une enzyme de méthylation de l'ADN en première ligne dans la bataille contre les transposons – SPERMethyl

La méthylation de l’ADN est prédominante dans le génome des mammifères, où elle joue un rôle crucial dans le contrôle épigénétique du développement. Des anomalies de méthylation de l’ADN sont associées à des phénotypes de létalité embryonnaire, à des syndromes neuro-développementaux, d’immunodéficience et d’infertilité et au cancer. Ainsi, il apparaît essentiel de comprendre les mécanismes qui régissent la spécificité des profils de méthylation et leur impact sur la santé et les maladies.
La nécessité de contrôler les éléments transposables aurait constitué une force majeure pour l’évolution de la méthylation chez les mammifères. Notre génome abrite des millions de copies de transposons, surpassant de loin en nombre nos quelques 25,000 gènes. Par leur activité ou leur simple présence, les transposons peuvent apporter des innovations bénéfiques au cours de l’évolution mais en contre partie, ils peuvent aussi altérer l’intégrité du génome. Notamment, ils peuvent induire des pertes de fonction par mutagenèse insertionnelle, influencer les profils d’expression par effets de position ou induire des réarrangements chromosomiques par recombinaison non-allélique. La répression des transposons est particulièrement importante pour la protection de lignée germinale et du matériel héréditaire et ainsi, pour la pérennité des espèces.
Chez les mammifères, la machinerie de méthylation de l’ADN est composée de trois enzymes et une protéine accessoire. L’établissement de la méthylation dépend des ADN méthyltransférases de novo, DNMT3A et DNMT3B, stimulées par le co-facteur DNMT3L. Une fois établis, les profils de méthylation sont maintenus par DNMT1. Contre toute attente, nous avons récemment identifié une nouvelle ADN méthyltransférase, DNMT3C. L’inspection détaillée de la séquence des génomes mammifères avait en effet conduit à la conclusion que toutes les ADN méthyltransférases fonctionnelles étaient déjà connues.
La caractéristique la plus surprenante de DNMT3C est son niveau de spécialisation: elle méthyle de manière ultrasélective le promoteur des transposons, seulement les plus actifs et dangereux d’entre eux et uniquement dans les précurseurs des spermatozoïdes. DNMT3C est un apanage spécifique des rongeurs, résultant de la duplication en tandem du gène Dnmt3B. Cependant, son activité n’est absolument pas redondante avec celle de DNMT3B: les souris mutantes pour Dnmt3C montrent un défaut de méthylation et une réactivation massive des transposons dans leur lignée germinale, en association avec une stérilité mâle complète. Le rôle essentiel de DNMT3C chez les rongeurs pose la question de savoir comment les espèces mammifères qui n’ont pas DNMT3C, comme l’Homme, protègent leur matériel gamétique contre les transposons.
La découverte de DNMT3C modifie profondément notre vision de l’évolution des ADN méthyltransférases, des principes de ciblage de la méthylation, et son lien étroit avec le contrôle épigénétique des transposons et la protection de la fertilité, chez la souris et chez l’homme. Le projet SPERMethyl a pour but de caractériser ce nouvel acteur inattendu de la méthylation de l’ADN: Quel est son rôle par rapport aux autres DNMT au cours de la spermatogenèse? Quels partenaires protéiques et états chromatiniens définissent sa reconnaissance exclusive des transposons? DNMT3C et son paralogue DNMT3B exercent-ils des fonctions similiaires respectivement chez la souris et chez l’homme? Pour atteindre nos objectifs, nous avons assemblé la collection complète des modèles murins mutants pour toutes les DNMT3. Nous combinerons des approches d’édition génétique in vivo, des analyses développementales, des tests biochimiques et des cartographies génomiques des profils de méthylation de l’ADN, de transcription et d’états chromatiniens. Ce programme est à même de révéler les principes essentiels de la répression des transposons dans la lignée germinale et leur importance pour la protection des fonctions reproductives.