Dynamique methylation des deoxycytosines et function – 5metdC

La 5-méthyldeoxycytosine (5mdC) est une marque épigénétique ubiquiste qui joue un rôle clé dans la régulation de la chromatine et l’expression des gènes. Elle participe aussi à la plasticité du génome, son élimination entraînant l’accumulation de mutations. Chez les eucaryotes, trois types de méthyl-transférases (MTs) sont responsables de la formation de 5mdC. Cependant, alors que la modification de sites CpG par les MTs Dnmt1 (maintenance) et Dnmt3 (de novo) est au centre de nombreuses études, le rôle des enzymes de la famille Dnmt2 reste énigmatique. Dnmt2 est pourtant l’archétype des MTs : elle est la mieux conservée et existe en copie unique dans de nombreux organismes, y compris ceux n’ayant aucune des deux autres MTs. Mais la capacité de Dnmt2 à méthyler l’ADN est controversée, et à ce jour, sa fonction principale reconnue reste la méthylation des tRNAs. Chez les organismes utilisant Dnmt2 comme seule MT, la présence de 5mdC est quasiment indétectable. Malgré cela, une fonction double de Dnmt2 au niveau de l’ARN et l’ADN serait une explication attractive pour rendre compte de sa conservation au cours de l’évolution.

Récemment nous avons fait une avancée majeure dans notre compréhension des fonctions de Dnmt2 en utilisant la levure de fission comme modèle. Bien que S. pombe ne possède qu’une seule MT, Pmt1, orthologue de Dnmt2, la présence de 5mdC dans le génome restait controversée. Pour la première fois, nous avons démontré sans équivoque l’existence de 5-deoxycytosine méthylation chez cet organisme. En combinant des approches de chromatographie liquide couplée à de la spectrométrie de masse et de résonance magnétique nucléaire, nous avons pu détecter un groupe méthyl sur le carbone 5 du deoxyribose dans de l’ADN génomique. Nous avons ensuite montré que cette marque nécessite la présence de Pmt1/Dnmt2 et qu’elle est rapidement retirée par déamination. Cette modification est très dynamique, liée à la progression du cycle cellulaire et régulée par des signaux nutritionnels. Enfin, nous avons mis en évidence que la dérégulation de 5mdC entraine une instabilité du génome. En nous appuyant sur ces résultats, nous proposons un projet multidisciplinaire et innovant visant à étudier la régulation et les fonctions de cette méthylation par les enzymes de la famille de Dnmt2. Dans ce contexte, nous aborderons également le contrôle de l’activité Pmt1 sur ses deux substrats, ARN et ADN. Tout d’abord, nous déterminerons les mécanismes qui régulent la méthylation des cytosines et établirons une cartographie des sites 5mdC dans le génome. Ensuite, nous identifierons les processus qui entraînent l’effacement de cette marque et dresserons le profil de mutations en lien avec la distribution de 5mdC le long du génome. Enfin, nous nous intéresserons aux fonctions de cette modification, en nous focalisant à la fois sur ses effets immédiats sur la régulation des gènes et la stabilité du génome mais aussi sur son impact long terme sur la « fitness » des cellules et l’évolution du génome.

Les résultats de ce projet joueront un rôle important dans notre connaissance des modifications épigénétiques contrôlées par la méthyl-transférase Dnmt2 et de leurs conséquences génétiques. De plus, la forte conservation de Dnmt2 suggère que cette enzyme pourrait participer à l’adaptation des cellules à des conditions adverses et changeantes. Nos travaux établiront les bases pour comprendre de tels processus. Enfin, nos analyses de l’impact de cette marque sur l’acquisition de mutations, leur fréquence et leur nature ouvriront de nouvelles perspectives sur les différentes forces qui régissent l’évolution du génome dans des contextes normaux et pathologiques. La méthylation de l’ADN est impliquée dans une grande variété de phénomènes biologiques, allant de la différenciation au vieillissement. Nos études permettront donc des avancées majeures dans notre compréhension des mécanismes liés à cette marque épigénétique aussi importante que versatile.