Paysage épigénomique et variations naturelles de l'hérédité transgénérationnelle chez C. elegans – EpiMEV

L'hérédité est au cœur de la biologie. Bien que l'hérédité soit principalement basée sur la séquence de l'ADN, une hérédité épigénétique a maintenant été décrite chez certaines espèces. Le mécanisme moléculaire et l'existence de variation génétique naturelle régulant cette hérédité épigénétique sont des questions clés, abordées ici d'une manière intégrative. Nous proposons de caractériser à la fois les mécanismes moléculaires et la variation génétique naturelle affectant l'hérédité épigénétique chez le nématode Caenorhabditis elegans.

Ces dernières années, C. elegans a fourni des informations clés au sujet des mécanismes d'hérédité dépendante des petits ARNs nucléaires et des modifications post-traductionnelles des histones. Nous utilisons deux paradigmes expérimentaux pour étudier l'hérédité épigénétique chez C. elegans:
(1) L'induction d'une stérilité progressive par exposition chronique à une haute température (25°C) sur plusieurs générations; ce phénotype dit de lignée germinale mortelle est trouvé chez divers mutants affectant les petits ARNs et les modifications d'histones, et il présente une variation génétique entre souches sauvages de C. elegans.
(2) La mémoire multigénérationnelle de l'interférence à ARN (ARNi); par exemple, après déclenchement de l'ARNi contre la GFP exprimé par un transgène Ppie-1::GFP, la mémoire de l'ARNi de la souche de référence N2 dure environ 4-5 générations. Cette mémoire dépend de la voie nucléaire de l'ARNi, de l'Argonaute HRDE-1 et des méthyltransférases d'histones H3K9. En revanche, l'implication des di-and tri-méthylations de l'histone H3K4, généralement associées à des régions génomiques transcrites, n'a pas été explorée.

Des données préliminaires indiquent (a) une influence de la méthylation des histones H3K4 sur la transmission multigénérationnelle; (b) une variation génétique naturelle dans la présence et le degré de la transmission épigénétique multigénérationnelle; (c) une suppression par l'environnement microbien du phénotype de lignée germinale mortelle à la fois des mutants de méthylation H3K4 et des souches sauvages de C. elegans.
Le projet réunit trois équipes de recherche à expertises complémentaires en génétique du développement, imagerie, hérédité épigénétique via petits ARNs et chromatine, et génétique évolutive chez C. elegans.

Les trois objectifs principaux sont:
Objectif 1: Tester si et comment la méthylation H3K4 joue un rôle dans la mémoire transgénérationnelle. Nous complémenterons les approches génétiques avec l'analyse des mécanismes moléculaires impliqués: les petits ARNs, les marques de chromatine et l'organisation de la chromatine.
Objectif 2: Examiner la présence de variation évolutive dans l'hérédité de l'ARNi, et caractériser cette variation évolutive quant aux petits ARNs et à la chromatine. Dans ce but, nous élargirons à d'autres souches sauvages les tests utilisés dans la souche de référence N2. Nous anticipons de dévoiler pour la première fois la présence d'évolution intraspécifique et la variation génétique sous-jacente.
Objectif 3: Caractériser l'effet de micro-organismes associés sur le phénotype de lignée germinale mortelle ainsi que sur la mémoire transgénérationnelle. Nous nous attendons à déterminer l'éventail et la pertinence écologique des organismes qui suppriment les phénotypes multigénérationnels et si possible, à découvrir le(s) métabolite(s) qui participe(nt) à cette suppression.

Importance: Nous avons établi des systèmes expérimentaux chez C. elegans permettant l'étude moléculaire de l'hérédité non-génétique et l'étude de sa variation génétique naturelle dans l'espèce. Nous caractériserons pour la première fois comment la variation génétique naturelle module les mécanismes moléculaires des systèmes d'hérédité épigénétique. Ce projet répond ainsi à une question fondamentale en biologie, avec de vastes implications dans diverses disciplines, comme l'hérédité, la régulation des gènes, la biologie du développement et l'évolution.