Réseau de régulation et élément LINE-1 : impact global des éléments transposables récents sur l'activité génique chez les Mammifères – ImpacTE

Dans ce but, le projet ImpacTE a combiné des avancées technologiques récentes, telles que modifications de l'(épi)génome in cellula et in vivo, crible génétiques et capture de chromatine par CRISPR, séquençages à lectures ultra-longues, et cartographie des rétrotransposons, tout en tirant avantage de l’expertise reconnue des deux partenaires en biologie et analyse bioinformatique des transposons, génétique de la souris et épigénétique.

Le projet ImpacTE a révélé que l'impact des rétrotransposons L1 est fortement influencé par leur propre régulation transcriptionnelle. Cette régulation, qui implique la liaison de facteurs de transcription ou de complexes répressifs ainsi que des modifications épigénétiques, détermine en grande partie l'influence que ces éléments transposables exercent sur les gènes situés dans l'environnement de leur site d'intégration. Ainsi, nous avons montré que le statut épigénétique d'un L1 pouvait fréquemment se propager dans sa région génomique proche, et qu'en l'absence de méthylation de l'ADN, les L1s peuvent être liés par des facteurs de transcription spécifiques qui altèrent le contrôle transcriptionnel des gènes à proximité, conduisant à la formation de transcrits chimériques entre le L1 et le gène avoisinant. Qui plus est, le projet ImpacTE a révélé de nouveaux répresseurs des L1s pour lesquels le mécanisme d'action est en cours d'investigation.

En conclusion, ImpacTE a permis d’identifier des insertions qui altèrent l’expression génique de façon spécifique du type cellulaire à travers la formation de transcrits chimériques, mais également les voies cellulaires impliquées dans le contrôle de ces nouveaux transcrits. De façon notable, certains de ces transcrits ont été décrits par d'autres comme une source de néoantigènes tumoraux qui peuvent stimuler la réponse immunitaire anti-tumorale, et pourraient donc être utilisés dans le futur comme base pour des vaccins antitumoraux. Les L1s semblent également fortement stimulés dans certaines maladies autoimmunes comme le lupus. Comprendre les mécanismes de régulation de ces antigènes, pourrait donc permettre d'améliorer l'efficacité des vaccins antitumoraux, ou inversement de réduire la réponse immunitaire chez les patients affectés par des pathologies autoimmunes. Enfin, ces travaux aideront dans le futur à prédire de façon rationnelle l'impact de milliers de copies de rétrotransposons identifiées dans le cadre de la médecine génomique, et d'étendre notre compréhension de leur rôle dans l’évolution des réseaux de régulation génique et de nouvelle fonctions protéiques chez les Mammifères.

Billon V, Cristofari G. Nascent RNA m6A methylation at the heart of the gene- retrotransposon conflict. Cell Res. 2021 Jun 9.

Lanciano S, Cristofari G. Measuring and interpreting transposable element expression. Nat Rev Genet. 2020 Dec;21(12):721-736.

Les séquences d’ADN répété constituent près de la moitié des génomes humain et murin. La plupart d’entre elles sont des vestiges dégénérés d’anciens éléments génétiques mobiles. Cependant, un petit groupe d’éléments transposables récents du point de vue évolutif, en particulier ceux appartenant à la famille des rétrotransposons de type LINE-1 (L1), contribuent à la plasticité des génomes contemporains des Mammifères et à la diversité génétique entre individus. Leur insertion à de nouvelles positions génomiques fournit de multiples séquences d’ADN cis-régulatrices, et peut attirer voire influencer l’évolution de complexes chromatiniens ou d'autres facteurs cellulaires. Parce que la grande majorité des L1s récents sont localisés en dehors des exons, prédire leur impact sur l'expression des gènes, la structure de leur transcrits et leur fonction reste difficile. Pourtant, au vu du nombre croissant d’exemples qui lient les éléments L1s à la régulation de processus développementaux normaux mais aussi à l’apparition de maladies, comprendre comment les L1s influencent la régulation des gènes à l’échelle globale du génome représente une question primordiale.

Ici, nous proposons de tester dans quelle mesure les plus jeunes familles de rétrotransposons L1, L1-HS et L1-A, trouvées chez l'Homme et la souris, respectivement, peuvent influencer l'expression génique à l'échelle du génome. Plus précisément, à travers le programme ImpacTE, nous explorerons l'impact de leur 1) séquence, 2) transcription et 3) état chromatinien sur la régulation génique. Ces questions seront abordées à l’échelle du génome plutôt qu’au cas par cas. Dans ce but, nous combinerons des avancées technologiques récentes, telles que modifications de l'(épi)génome in cellula et in vivo, crible génétiques et capture de chromatine par CRISPR, séquençages à lectures ultra-longues, et cartographie des rétrotransposons, tout en tirant avantage de l’expertise reconnue des deux partenaires en biologie et analyse bioinformatique des transposons, génétique de la souris et épigénétique. Ce projet a le potentiel d’identifier des insertions qui altèrent l’expression génique de façon spécifique du type cellulaire, du tissu ou du stade de développement, et par quels mécanismes ces effets sont médiés. En étudiant deux représentants mammifères, humain et murin, et en variant les échelles de la cellule à l'organisme entier, nous accéderons aux principes universels et spécifiques de l’impact des L1s sur la régulation des génomes mammifères. Notre travail permettra de prédire de façon rationnelle l'impact de milliers de copies de rétrotransposons identifiées dans des projets de séquençage, et d'étendre notre compréhension de leur rôle dans l’évolution des réseaux de régulation génique et de nouvelle fonctions protéiques chez les Mammifères.