Maintien de l'intégrité de l'hétérochromatine en réponse aux dommages à l'ADN – HEROD

Forts de l’expertise unique de notre consortium, nous utiliserons une combinaison d’approches innovantes pour explorer l’existence de mécanismes dédiés au maintien de l’intégrité structurale et fonctionnelle de l’hétérochromatine en réponse aux dommages à l’ADN dans les cellules de mammifères.
Plus spécifiquement, nous envisageons d’élucider la réponse aux dommages UV et aux cassures double-brin de l’ADN dans deux types d’hétérochromatine, qui se distinguent par leurs marques épigénétiques: l’hétérochromatine constitutive péricentrique et le chromosome X inactif, un exemple caractéristique d’hétérochromatine facultative. Nous avons récemment développé des modèles cellulaires uniques pour suivre la réponse aux dommages dans ces domaines d’hétérochromatine et des méthodes innovantes pour y induire des dommages localisés.
Nous allons employer ces nouveaux outils pour examiner l’influence de l’hétérochromatine sur la réparation de l’ADN, en analysant son impact sur l’efficacité de la réparation des dommages et sur le choix de la voie de réparation des cassures double-brin de l’ADN. Réciproquement, par une large gamme de tests structuraux et fonctionnels, nous déterminerons l’impact des dommages à l’ADN sur l’intégrité de l’hétérochromatine, en termes de mise en place d’histones, modifications d’histones, compaction et activité transcriptionnelle de la chromatine. Ceci nous conduira finalement à disséquer les voies permettant le maintien de l’intégrité de l’hétérochromatine suite à un stress génotoxique, avec l’identification d’acteurs clés parmi des facteurs candidats tels que des chaperons d’histones et des enzymes de modification d’histones.

Nous avons établi de nouveaux modèles cellulaires pour examiner la réponse aux dommages UV et aux cassures double-brin (DSB) de l'ADN dans les domaines d’hétérochromatine constitutive et facultative.
En particulier, nous avons mis en place une approche innovante basée sur la micro-irradiation laser UVC dans des fibroblastes murins permettant d’induire des dommages UV localisés dans l'hétérochromatine péricentrique et de suivre la réponse aux dommages en temps réel. Ainsi, nous avons découvert de profondes altérations de la compaction de l'hétérochromatine, orchestrées par le senseur de dommages DDB2. Mécaniquement, DDB2 stimule le déplacement des histones H1 de la chromatine endommagée et la décompaction de la chromatine médiée par DDB2 facilite l'accès des facteurs de réparation au cœur des domaines d’hétérochromatine. Malgré une décompaction massive des domaines d'hétérochromatine, les modifications des histones et le silencing transcriptionnel y sont maintenus. Nous avons mis en évidence le rôle central de la méthyltransférase SETDB1 dans le maintien des marques d'histones hétérochromatiques après UV, SETDB1 coordonnant la méthylation des histones avec le dépôt de nouvelles histones dans l'hétérochromatine endommagée, préservant la stabilité du génome. Ces résultats dévoilent les principes fondamentaux du maintien de l'hétérochromatine constitutive en réponse aux dommages causés par les UV.
Suite à ces travaux, nous avons lancé des études pour examiner la réponse aux DSBs dans l'hétérochromatine facultative. Nous avons établi des méthodes d'imagerie pour analyser diverses caractéristiques de l'hétérochromatine facultative et avons examiné comment celles-ci sont affectées par un traitement génotoxique à la néocarzinostatine, qui induit des DSBs. En parallèle, nous mettons en place des méthodes pour induire des DSBs séquence-spécifiques dans les domaines d’hétérochromatine facultative sur le chromosome X inactif en utilisant une nucléase Cas9 dégradable.

L’ensemble de ces travaux devrait apporter un éclairage nouveau sur les mécanismes fondamentaux impliqués dans la stabilité de l’hétérochromatine en réponse aux dommages à l’ADN. Au-delà de la réponse aux dommages à l'ADN, nos découvertes pourraient également fournir un cadre moléculaire pour comprendre le maintien de l'hétérochromatine lors d'autres événements perturbateurs en conditions normales et pathologiques, comme la réplication de l'ADN, la différenciation cellulaire, le vieillissement et les maladies comme le cancer.

Fortuny A, Chansard A, Caron P, Chevallier O, Leroy O, Renaud O, Polo SE. Imaging the response to DNA damage in heterochromatin domains reveals core principles of heterochromatin maintenance. Biorxiv doi.org/10.1101/818914

Les dommages à l’ADN compromettent non seulement l’intégrité du génome mais aussi son organisation avec des protéines histones en chromatine, qui dicte l’identité cellulaire. Il est donc fondamental de comprendre comment les fonctions de la chromatine et l’information épigénétique qu’elle véhicule sont maintenues après dommages. Notre projet aborde cette question centrale avec un intérêt particulier pour les domaines d’hétérochromatine. Forts de l’expertise unique de notre consortium, nous utiliserons une combinaison d’approches innovantes pour explorer l’existence de mécanismes dédiés au maintien de l’intégrité structurale et fonctionnelle de l’hétérochromatine en réponse aux dommages à l’ADN dans les cellules de mammifères.
Plus spécifiquement, nous envisageons d’élucider la réponse aux dommages UV et aux cassures double-brin de l’ADN dans deux types d’hétérochromatine, qui se distinguent par leurs marques épigénétiques: l’hétérochromatine constitutive péricentrique et le chromosome X inactif, un exemple caractéristique d’hétérochromatine facultative. Nous avons récemment développé des modèles cellulaires uniques pour suivre la réponse aux dommages dans ces domaines d’hétérochromatine et des méthodes innovantes pour y induire des dommages localisés.
Nous allons employer ces nouveaux outils pour examiner l’influence de l’hétérochromatine sur la réparation de l’ADN, en analysant son impact sur l’efficacité de la réparation des dommages et sur le choix de la voie de réparation des cassures double-brin de l’ADN. Réciproquement, par une large gamme de tests structuraux et fonctionnels, nous déterminerons l’impact des dommages à l’ADN sur l’intégrité de l’hétérochromatine, en termes de mise en place d’histones, modifications d’histones, compaction et activité transcriptionnelle de la chromatine. Ceci nous conduira finalement à disséquer les voies permettant le maintien de l’intégrité de l’hétérochromatine suite à un stress génotoxique, avec l’identification d’acteurs clés parmi des facteurs candidats tels que des chaperons d’histones et des enzymes de modification d’histones. L’ensemble de ces travaux devrait apporter un éclairage nouveau sur les mécanismes fondamentaux impliqués dans la stabilité de l’hétérochromatine en réponse aux dommages à l’ADN.