MeCP2, un facteur de transcription pionnier défaillant dans le syndrome de Rett – MeCPTF

La molécule d’ADN est fortement compactée dans un volume réduit du noyau cellulaire dans une structure appelée chromatine. La structure chromatinienne est nécessairement dynamique afin de permettre aux machineries moléculaires d’accéder à l’ADN lors de mécanismes comme la transcription, la réplication ou la réparation de l'ADN. La préservation de l'homéostasie nucléaire nécessite une adaptation et une plasticité de la chromatine régulée par des mécanismes très sophistiqués. Leur élucidation est une condition préalable pour comprendre comment des perturbations de processus biologiques impliquant l’ADN peuvent conduire à des pathologies humaines et, en particulier, à des maladies épigénétiques. Un exemple typique d'une telle maladie est le syndrome de Rett (RTT).

Le RTT est un trouble neuro-développemental sévère et global qui est principalement causé par des mutations du gène MeCP2. Le dogme existant dans le domaine postule que la fonction essentielle de MeCP2 dans le cerveau est liée à sa capacité à se lier à l’ADN méthylé, en reconnaissant spécifiquement une méthylcytosine dans un contexte de séquence CG ou CA. Cependant, dans un manuscrit récemment publié dans Science, nous avons contesté ce dogme et montré que MeCP2 est une protéine de liaison aux microsatellites qui reconnaît spécifiquement des répétitions CA hydroxyméthylées. La liaison de MeCP2 à l’ADN induit une modification de sa géométrie, et notamment un élargissement du sillon majeur et un enroulement négatif au niveau du site de modification. La déplétion de MeCP2 se traduit par une accumulation de nucléosomes sur les répétitions CA et une altération de l'organisation chromatinienne des domaines associés aux lamines, ce qui entraîne une perturbation globale de l’expression des gènes. Nos données révèlent que MeCP2 cible le brin riche en CA et maintient ces régions génomiques libres de nucléosomes. Le RTT pourrait ainsi être considéré comme une "maladie de la chromatine" provenant de l'incapacité qu’a MeCP2, lorsqu’elle est mutée, à se lier et à protéger les gènes contenant des microsatellites CA contre l'invasion des nucléosomes.

Nos nombreuses données préliminaires obtenus par des approches complémentaires, suggèrent que MeCP2 pourrait agir comme un véritable facteur de transcription pionnier (PTF), qui se lie d'abord à l'ADN du nucléosome, puis expulse les histones du nucléosome en recrutant un complexe de remodelage de la chromatine dédié. Nous postulons que MeCP2 possède des propriétés uniques de PTF, lui permettant d'envahir la chromatine, de se lier aux répétitions CA hydroxyméthylées intégrées à l'ADN nucléosomal, pour moduler spécifiquement l'organisation chromatinienne des neurones. Notre consortium, composé de 2 équipes situés à Strasbourg, propose de valider ce scénario et de décrire les mécanismes moléculaires sous-jacents. Pour cela, nous proposons un programme de recherche multidisciplinaire qui combine des expertises complémentaires en biologie structurale, biophysique, biochimie et génomique, avec les objectifs spécifiques suivants :
1. analyse biochimique de la liaison de MeCP2 aux nucléosomes
2. structure par cryo-microscopie du complexe MeCP2-nucléosome
3. étude de l’activité de remodelage de la chromatine du complexe protéique associé à MeCP2
4. évaluation de la fonction potentielle de facteur de transcription pionnier in vivo au cours du développement du cortex chez la souris

Ce projet associera des approches structurales et physico-chimiques de pointe (y compris la cryo-microscopie à haute résolution) à des études fonctionnelles globales à l’échelle du génome. La combinaison de l’ensemble de ces technologies novatrices permettra une meilleure compréhension de la fonction neuronale de MeCP2 et clarifiera l'étiologie moléculaire du RTT, ce qui pourrait conduire au développement de nouvelles thérapies pour cette maladie neuro-développementale sévère et incurable.