Héritage épigénétique maternel chez les mammifères: redondance et compétition entre méthylation de l’ADN et polycomb – MATIN

La question de la transmission épigénétique intergénérationnelle est l’objet d’intérêts soutenus chez les mammifères. Deux marques chromatiniennes ont des propriétés d’héritabilité maternelle démontrées, la méthylation de l’ADN et la triméthylation de la lysine 27 de l’histone H3 (H3K27me3). Cependant, alors que la méthylation de l’ADN maternel perdure et régule l’expression des gènes soumis à empreinte tout au long de la vie, les marques maternelles en H3K27me3 ont une existence fugace dans l’embryon préimplantatoire, et disparaissent totalement du paysage embryonnaire après une semaine de développement. Comment ces deux marques interagissent et se partagent la régulation du génome de l’embryon préimplantatoire est une question en suspens, avec des implications importantes en développement et fertilité, mais aussi en relation avec la programmation parentale des phénotypes.
Alors que ces deux marques sont toutes deux liées à la répression transcriptionnelle en association avec des promoteurs de type îlots CpG, elles ne sont pas équivalentes. La méthylation de l’ADN sous-tend une répression irréversible, alors que la marque H3K27me3 est considérée comme flexible, étant associée à des gènes avec des profils d’expression dynamiques au cours du développement. De plus, ces deux marques ont une relation positionnelle d’exclusion dans le génome des cellules somatiques. Cependant, des défauts de méthylation de l’ADN peuvent être compensés par l’acquisition de marques H3K27me3. Dans l’ovocyte, cette relation contrastée est exacerbée, avec des domaines larges d’H3K27me3 interrompus par le corps des gènes exprimés couverts de méthylation de l’ADN. In vitro, l’antagonisme entre la méthylation de l’ADN et H3K27me3 pourrait dépendre de cofacteurs optionnels de PRC2 (le complexe régulant le dépôt de H3K27me3), les protéines Polycomb-like (PCL) et être par conséquent dépendant du contexte. Cette hypothèse demande toutefois à être confirmée in vivo en particulier dans le contexte du développement précoce.
Sous l’acronyme MATIN, nous analyserons pour la première fois comment la relation entre méthylation de l’ADN et d’H3K27 forge l’héritage épigénétique maternel des mammifères. Pour ce faire, nous avons assemblé un programme ambitieux et pertinent, supporté par des données préliminaires solides. Notamment, nous ferons usage de modèles mutants murins de déplétion ovocytaire en méthylation de l’ADN ou en H3K27me3, et de manière originale, d’augmentation en H3K27me3. Des informations fonctionnelles sur le rôle de ces marques seront obtenues par des études développementales combinées à des cartographies transcriptomiques et épigénomiques de pointe. En pratique, quatre objectifs seront suivis, impliquant chacun les deux partenaires du projet. D’abord, nous analyserons la cinétique spatio-temporelle de la méthylation de l’ADN et H3K27me3 au cours de l’ovogenèse et leur relation fonctionnelle à l’aide des mutants cités ci-dessus. Deuxièmement, nous analyserons les conséquences d’un héritage épigénétique maternel altéré pour l’embryon préimplantatoire. Troisièmement, nous évaluerons si un défaut d’héritage ovocytaire en H3K27me3 pourrait être compensé par la méthylation de l’ADN dans l’embryon, et vice versa. Cette redondance potentielle sera de plus testée par l’analyse d’ovocytes avec une déficience cumulée pour les deux marques. Enfin, nous inactiverons simultanément les trois cofacteurs PCL, qui sont supposés régir l’antagonisme entre méthylation de l’ADN et PRC2 et analyserons les conséquences transcriptomiques et épigénomiques dans des cellules ES. En parallèle, nous utiliserons des approches de modification de l’épigénome pour forcer la méthylation de l’ADN à des régions enrichies en H3K27me3 et déterminer l’impact sur l’activité de PRC2.
En conclusion, le projet MATIN fournira une évaluation unique des capacités de la chromatine à transmettre des informations épigénétiques de l’ovocyte à l’embryon précoce.