Controle de la reprogrammation de la chromatine dans l'embryon préimplantatoire et les cellules souches bovines – REPRO2BOS

La production in vitro d'embryons (PIV), d’une importance croissante pour la reproduction animale, est largement utilisée en élevage bovin. Cependant, le développement d'embryons fécondés in vitro reste inefficace, puisqu’un tiers seulement des embryons bovins in vitro donnent des blastocystes. L'une des causes supposées de l'arrêt embryonnaire précoce est l'échec de l'activation du génome embryonnaire (EGA). Cette période critique pour le développement est caractérisée par un remodelage global de la chromatine et une activation progressive de la transcription, elle a lieu entre le stade 4- et 8 cellule chez le bovin, mais reste mal connue. Ainsi, l’ambition de REPRO2BOS est de mieux comprendre cette période essentielle et de développer des stratégies pour en améliorer l’efficacité.
Le facteur de transcription (TF) DUX, exprimé juste avant l'EGA, joue un rôle important dans le développement chez la souris et semble même critique pour l’embryon humain. DUX est un facteur pionnier, capable de se lier à la chromatine compactée et de recruter une histone acétyltransférase (HAT), ce qui entraîne hyperacétylation de l'histone H3 sur la lysine 27 (H3K27ac), reprogrammation de la chromatine et activation de gènes cibles clés de l’EGA. Ces évènements de remodelage de la chromatine sont complexes, avec des vagues successives d’acétylation/déacétylation, qui permettent une régulation fine de la progression de l’EGA. Les enzymes modifiant la chromatine utilisent comme substrats ou cofacteurs des métabolites spécifiques, dont la disponibilité est critique dans la régulation de l’EGA. Par ailleurs, la surexpression de DUX dans les cellules souches embryonnaires (CSE) humaines et murines induit une reprogrammation vers un état de type totipotent. Ces cellules, au transcriptome proche d’embryons au stade EGA, ont un potentiel de développement plus important que les CSE conventionnelles. Notre projet est basé sur les prémices suivants obtenus chez le bovin: (1) des motifs de liaison à DUX sont présents dans des régions du génome active avant l’EGA ; (2) l’orthologue bovin DUXC est exprimé dès avant l’EGA ; (3) la neutralisation de DUXC à l’aide de siRNAs induit un arrêt de développement. Les objectifs de REPRO2BOS sont de déchiffrer le rôle et la régulation de DUXC dans le développement de l'embryon bovin, mettre en place un modèle cellulaire de reprogrammation des CSE bovines vers un état similaire au 8C, élucider les liens entre disponibilité de métabolites spécifiques et remodelage de la chromatine. Une meilleure compréhension du rôle de DUXC dans les embryons et les CSE bovines pourrait non seulement améliorer l'efficacité de la PIV, mais aussi élargir les applications potentielles des cellules souches. REPRO2BOS sera organisé en 4 tâches : La tâche 1 vise à compléter nos expériences préliminaires sur l'expression de DUXC au cours du développement embryonnaire et l'effet de sa déplétion sur l'expression des gènes (RNAseq) et le remodelage de la chromatine (H3K27ac par CUT&Tag et ATACseq). Dans la tâche 2, nous établissons un modèle cellulaire inductible pour activer l’expression de DUXC dans les CSE bovines et en étudier les conséquences sur le transcriptome ainsi que la régulation du gène. Les cibles génomiques de DUXC seront déterminées. La tâche 3 étudie les liens entre l'activité de DUXC et l'acétylation des histones après induction de DUXC dans les cellules. Enfin, la dernière tâche étudie comment de petites molécules peuvent être utilisées pour moduler la reprogrammation de l'épigénome, avec l'objectif ambitieux de contrôler cette période clé et d'améliorer le développement embryonnaire in vitro. Au final, nous espérons que notre projet aura des applications importantes pour les technologies de la reproduction chez les animaux d'élevage et développera des modèles innovants conformes aux règles 3R.