L'Agence nationale de la recherche Des projets pour la science

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  • CELLECTCHIP ANALYSE DE LA DYNAMIQUE DE MARQUES EPIGENETIQUES PAR CHIP-SEQ SUR CELLULES INDIVIDUELLES AU COURS DE LA PHASE S ET DE L’EMBRYOGENESE CHEZ DES MAMMIFERES

    CELLECTCHIP
    Dynamique de marques épigénétiques sur cellules individuelles

    Analyse de la dynamique de marques epigenetiques sur cellules individuelles au cours de la phase s et de l’embryogenese chez des mammiferes
    Dans les cellules eucaryotes, la mise en place, le changement et/ou la transmission d’informations ou marques épigénétiques portées par la chromatine représente un enjeu majeur pour les fonctions cellulaires et le destin cellulaire. Appréhender la dynamique de ces marques est donc critique pour comprendre les mécanismes qui régissent le maintien des fonctions cellulaires et le statut de différentiation, notamment lors de l’apparition d’un état pathologique. L’objectif du projet est de caractériser à l’échelle du génome la dynamique de la distribution génomique de variants d’histones et de modifications post-traductionnelles d’histones dans trois cas différents : la mise en place de ces marques, leur maintien et leur suppression (effacement).?

    Nous exploiterons deux contextes biologiques pendant lesquels l’organisation en chromatine et les marques d’histones sont remodelés par des mécanismes dynamiques qui ont des effets différents : la phase-S du cycle cellulaire pour le maintien de ces marques et l’inactivation puis la réactivation du chromosome X paternel au cours du développement embryonnaire de la souris pour le changement de ces marques. Nous développerons de nouvelles technologies de ChIP- seq utilisant des systèmes de micro fluidique et de code barre de l’ADN qui nous permettront de pouvoir utiliser un très petit nombre de cellules (centaines), mais surtout de pouvoir identifier des séquences provenant de cellules individuelles. Nous combinerons ces technologies avec des modèles biologiques nous permettant de discriminer (1) les histones provenant des nucléosomes parentaux des histones constituants les nouveaux nucléosomes assemblés au cours de la progression de la phase-S et (2) dans un embryon pré-implantatoire de souris les cellules ayant un chromosome X actif d’un chromosome X inactif.?



  • Mouse_Kosto Redondance et complémentarité de l’ostéopontine et de la sialoprotéine osseuse dans la biologie du squelette – génération et analyse expérimentale de la double extinction génique chez la souris.

    Génération et analyse expérimentale de la double extinction génique de l'ostéopontine (OPN) et de la sialoprotéine osseuse (BSP) chez la souris.
    Le programme expérimental est destiné à comparer chez des simple et double KO de la BSP et de l'OPN, (1) le phénotype de base du squelette, (2) sa réponse à un défi expérimental de réparation (ablation médullaire) et (3) à deux défis de stimulation mécanique (vibrations, hypergravité).

    Redondance et complémentarité de l’OPN et de la BSP dans la biologie du squelette
    Les protéines de la famille des SIBLING (« Small Integrin Binding ligand N-linked Glycoproteins ») sont des composants la matrice extracellulaire osseuse qui jouent un rôle majeur dans la biologie du squelette et en particulier sa compétence biomécanique. Parmi elles, la BSP et l’OPN sont fortement exprimées par les cellules osseuses. Les extinctions géniques de la BSP (BSP-/-) ou de l’OPN induisent des phénotypes osseux différents, suggérant des fonctions distinctes. Toutefois, nos travaux antérieurs ont mis en évidence des compensation/substitutions fonctionnelles au moins partielles entre ces deux protéines (Bouleftour et al., 2015), qui compliquent la compréhension de leurs rôles respectifs dans la physiologie osseuse. La génération de souris double-KO pour ces protéines fournit un outil précieux pour anayser ces questions.



  • FlyBrainImaging Imagerie cérébrale fonctionnelle de l’activité spontanée dans les Corps Pédonculés, et de leur régulation circadienne, chez la Drosophile.

    Imagerie cérébrale des Corps Pédonculés, en relation avec la mémoire et le sommeil.
    Caractérisation par imagerie cérébrale fonctionnelle, in-vivo, en bioluminescence des Corps Pédonculés (une structure impliquée dans l’apprentissage, la mémoire, et le sommeil) et de leur régulation circadienne, chez la Drosophile.

    Elucider, au niveau génétique, moléculaire, cellulaire et des réseaux neuronaux, les mécanismes neurophysiologiques du sommeil, de la mémoire et de leur régulation circadienne.
    Ce projet consiste à étudier le rôle physiologique de l’activité cérébrale (calcique) survenant dans certaines structures cérébrales, comme les Corps Pédonculés, chez la Drosophile. En effet, à partir d’une nouvelle technique d’imagerie cérébrale in-vivo, que nous avons développé dans mon laboratoire, nous pouvons visualiser, en continue, sur de longue périodes (plusieurs heures) de façon fonctionnelle et en temps réel, l’activité cérébrale. Entre-autres, cette nouvelle technique nous a permis de révéler des pics d’activité très particuliers dans ces structures au cours de la nuit.
    Les Corps Pédonculés sont des structures majeures dans le cerveau de la Drosophile, impliqués dans l’apprentissage, la mémoire et dans le sommeil. De plus, plusieurs études effectuées sur différents organismes ont suggéré qu’il y aurait une relation entre le sommeil et la consolidation de la mémoire.

    Par conséquent, l’étude de ce phénomène chez un organisme modèle comme la Drosophile, pour lequel nous disposons de multiples outils génétiques, devrait nous permettre de mieux comprendre les mécanismes génétiques, moléculaires, cellulaires, et ce jusqu’aux circuits neuronaux, impliqués vraisemblablement dans le sommeil, voire possiblement dans la consolidation de la mémoire. Nous étudions également la relation de ces pics d’activité avec les neurones contrôlant les rythmes circadiens.
    Bref, une meilleure compréhension des mécanismes neuronaux contrôlant le sommeil et/ou la mémoire représente sans équivoque, un intérêt sociétal majeur.



  • LSD1 Nouvelles interplays impliquant l'histone demethylase LSD1 in vivo

    Rôle de l’histone déméthylase LSD1 dans le développement et le cancer
    Le but de ce projet est de comprendre le rôle de l’histone déméthylase LSD1 dans la régulation de l’homéostasie de la chromatine durant un développement normal et dans les maladies comme le cancer.

    Trouver de nouvelles fonctions de l’histone déméthylase LSD1 in vivo.
    Les modifications d’histones jouent un rôle déterminant dans le contrôle de l’expression génique et de l’architecture chromatinienne. Parmi ces modifications, la méthylation des histones a longtemps été considérée comme une marque épigénétique stable et irréversible. La découverte récente des histones démethylases a montré que la méthylation était en fait réversible, mettant en lumière le rôle dynamique de cette marque dans la régulation transcriptionelle. LSD1/KDM1 a été la première histone déméthylase identifiée et s’est révélée être un régulateur chromatinien fondamental. Plusieurs études ont montré l’implication de l’histone déméthylase LSD1 dans la genèse de tumeurs et il existe un intérêt croissant pour l’utilisation de LSD1 comme cible thérapeutique. Malgré les progrès importants, le rôle précis de LSD1 au cours du développement et dans la genèse de tumeurs est encore largement méconnu. Notre stratégie est d’utiliser un modèle animal, drosophile, comme point de départ pour identifier les gènes et les voies qui collaborent ou antagonisent l’activité de dLsd1 in vivo, puis de tester leurs conservations chez les mammifères ainsi que leurs potentielles implications dans le cancer. Pour identifier ces nouvelles voies impliquant dLsd1 in vivo, nous avons effectué des cribles RNAi et nous avons trouvé différents activateurs et répresseurs du phénotype perte de fonction de dLsd1. Dans cette proposition, nous suggérons d’étudier comment dLsd1 et les candidats identifiés dans le crible contribuent à la structure de la chromatine et à la transcription des gènes au cours d’un développement normal. Le but est de répondre aux questions suivantes : 1) Comment dLSD1 collabore avec ses intéracteurs pour réguler l'homéostasie de la chromatine et la transcription des gènes? 2) Les interactions fonctionnelles découvertes chez la drosophile sont-elles conservées chez les mammifères ? 3) Peuvent-elles être utilisées pour détruire les cellules cancéreuses ?



  • MeioMeth Impact de la méthylation de l'ADN sur la recombinaison méiotique chez Arabidopsis thaliana

    Est ce que notre épigénome contrôle (au moins en partie) notre carte génétique ?.
    Les facteurs qui contrôlent la position et les taux d'évènements de recombinaison méiotiques sont très mal compris mais suggèrent l'existence chez de nombreuses espèces d'un contrôle épigénétique sous-jacent. Nous allons tester si effectivement la méthylation de l'ADN est impliqué dans ce contrôle.

    Contrôle de la recombinaison méiotique
    Les facteurs qui contrôlent la position et les taux d'évènements de recombinaison méiotiques sont très mal compris mais suggèrent l'existence chez de nombreuses espèces d'un contrôle épigénétique sous-jacent. Des données anciennes obtenues chez un champignon filamenteux suggèrent que la méthylation de l'ADN bloquerait localement la formation des crossovers méiotiques. Nous testons cette hypothèse chez la plante Arabidopsis thaliana seule espève modèle eucaryote supérieur pour laquelle les outils nécessaires sont disponibles. Nous allons confronter lors de la méiose un génome «normalement« méthylé et un génome hypométhylé et analyser les résultats de cette confrontation sur les cartes génétiques en les comparant aux cartes génétiques obtenues dans de conditions standards (2 génomes normalement méthylé). Ce travail sera effectué à différentes échelles avec différents outils disponibles (génome, chromosome, bras de chromosome, centromère, point chaud). Comprendre ce niveau de contrôle de la recombinaison méiotique permettrait entre autres d'accélérer la sélection variétale chez les plantes.



  • ANTIBIO-T Développement de nouveaux agents antibactériens et antiparasitaires ayant pour cible la métalloenzyme GcpE

    Concevoir de nouveaux médicaments en bloquant une enzyme.
    Élucider et bloquer le mécanisme catalytique de GcpE, une enzyme absente chez les humains mais présente chez de nombreuses bactéries et chez certains parasites.

    Une nouvelle solution pour contrer les bactéries résistantes aux antibiotiques.
    La résistance de certaines souches bactériennes aux antibiotiques est une menace très sérieuse et il est urgent de trouver de nouveaux médicaments. Ainsi, l'élucidation de nouvelles voies biosynthétiques indispensables à la survie des bactéries peut représenter une solution à ce problème très préoccupant. La connaissance des mécanismes utilisés par les enzymes impliquées dans ces voies de biosynthèse peut aider les chimistes et les biochimistes à développer de nouveaux inhibiteurs qui conduiront à des antibiotiques d'un type nouveau.

    Chez la plupart des bactéries pathogènes (dont Mycobacterium tuberculosis, pathogène responsable de la tuberculose) et des bactéries opportunistes (Pseudomonas, Escherichia coli, etc) ainsi que chez le parasite Plasmodium falciparum responsable de la malaria, la synthèse de molécules appelées ‘terpénoïdes’, indispensables à la survie de ces microorganismes, est réalisée selon la voie du méthylérythritol phosphate (MEP). Comme l’être humain n’utilise pas la voie du MEP, on peut envisager de bloquer cette voie dans le but de synthétiser de nouveaux agents antibactériens et antiparasitaires.

    L'objectif de ce projet est d’élucider le mécanisme d’action de GcpE, l’avant dernière enzyme de la voie du MEP, et de concevoir des ‘inhibiteurs’, molécules capables de bloquer cette enzyme. GcpE est une métalloenzyme à centre fer/soufre c'est-à-dire qu’elle contient un cube présentant un atome de fer et un atome de soufre en alternance sur chaque sommet. Cette enzyme catalyse grâce à ce centre fer/soufre, le transfert de deux électrons et l’élimination d’une molécule d’eau. Un mécanisme réactionnel hypothétique a été écrit et nous nous proposons de le vérifier. Des molécules capables d’empêcher le bon déroulement de ce mécanisme seront également synthétisées.



  • ChloroPaths Production in vivo et in silico de mutants affectant les voies de la photosynthèse

    Production in vivo et in silico de mutants affectant les voies de la photosynthèse
    l'efficacité photosynthétique et métabolique déterminent l'ensemble
    de la réponse d'un organisme vert. Pour comprendre et prédire la performance de microalgues, ce projet met acclimation photosynthétique dans un
    large contexte en produisant de nouveaux mutants et en observant systématiquement la croissance, la fixation du CO2, métabolites et photosynthétique efficacité. Les données seront interprétées dans le contexte de modèles métaboliques.

    Par les études génétiques, métaboliques et physiologiques, nous cherchons à comprendre les limites inhérentes à la production photosynthétique de la biomasse pour les préciser et de les surmonter.
    Les cellules photosynthétiques exposées à un excès de lumière utilisent des voies métaboliques pour dissiper le pouvoir réducteur vers des réactions d'oxydation. Ces voies influencent l'énergétique de la cellule et soit réduisent les performances photosynthétiques parce que l'énergie n’est plus utilisée pour la fixation de CO2, soit augmentent les économies d'énergie, ce qui conduit à des rendements supérieurs. Parmi ces voies alternatives, on trouve le couplage entre le chloroplaste et le transfert d'électrons mitochondrial via la valve malate, le translocateur triose-phosphate, et la réaction de Mehler. Celles-ci ont été peu étudiées, en particulier dans les microalgues, et nos travaux précédents nous amènent à croire qu'ils sont des acteurs importants dans l'optimisation du rendement photosynthétique.



  • SAMOSA Synechococcus as a model genus for studying adaptation of marine phytoplankton to environmental changes

    Comment le phytoplancton marin s’adapte-t-il au changement global ?
    La cyanobactérie Synechococcus, un micro-organisme pertinent pour mieux comprendre les effets des variations des conditions environnementales (température, lumière visible et ultraviolette, etc.) en culture et dans le milieu naturel.

    Comprendre les mécanismes d’adaptation du phytoplancton à la lumière et à la température
    Les océans sont particulièrement affectés par le changement climatique qui cause notamment une augmentation i) de la température moyenne de l’eau, ii) de la quantité de rayonnements ultraviolets atteignant la surface, et iii) de la proportion des surfaces océaniques pauvres en sels nutritifs. Un des enjeux majeurs pour comprendre l’impact de ces processus sur l’océan mondial est l’étude de la capacité des microorganismes photosynthétiques (phytoplancton) à s’acclimater à court terme (physiologiquement) ou s’adapter à long terme (modification/acquisition de gènes) à ces changements. Les cyanobactéries marines du genre Synechococcus sont parmi les modèles biologiques les plus pertinents pour étudier ces questions car elles sont cosmopolites, très abondantes dans l’océan mondial, et sont appropriées à des études multi-échelles, des gènes à l’océan global.
    Le projet SAMOSA vise à caractériser et modéliser les principaux mécanismes d'acclimatation et d'adaptation des Synechococcus afin de mieux prédire leur adaptabilité, leur dynamique et leur distribution à différentes échelles de temps et d'espace dans un milieu soumis au changement global. En particulier, le projet SAMOSA propose de modéliser la réponse des gènes aux variations des conditions environnementales à la fois sur une « souche modèle » de Synechococcus mais également sur plusieurs autres souches représentatives de la diversité génétique des populations du milieu naturel. Le rôle de ces gènes dans l'adaptation au stress sera vérifié en analysant différents métagénomes et métatranscriptomes, obtenus dans le cadre de la campagne TARA-OCEANS, provenant de différentes régions océaniques, à différentes profondeurs et présentant des paramètres environnementaux contrastés.



  • DEV-PROCESS L'architecture de l'élongation, un processus élémentaire du développement

    Comment le développement de l’embryon organise le génome et comment l’organisation du génome facilite l’évolution du développement.
    Il s’agit de déterminer les opérations cellulaires élémentaires qui ensemble constituent un processus du développement, lesquelles de ces opérations ont les propriétés de modules génétiques et si certaines associations de modules sont co-contrôlées par les mêmes gènes.

    L’enjeu est de fournir un exemple d’une analyse qui à plus long terme révélera l’organisation des génomes au travers de leur fonctionnement durant le développement.
    Le projet part de la constatation banale selon laquelle les génomes ne sont pas de simples amalgames de gènes et de séquences intergéniques mais des éléments de systèmes. Les autres éléments de ces systèmes sont les produits des gènes et des facteurs externes. Cette constatation a été faite pour la première fois il y a plus de cinquante ans chez les bactéries. Il nous semble que le Développement, qui concerne la plupart des êtres pluricellulaires, est totalement réductible à cette équation. C’est la démonstration de cette hypothèse qui constitue l’enjeu majeur du programme. Cependant avec le Développement les systèmes sont extraordinairement dynamiques et les facteurs externes sont ceux des êtres pluricellulaires. Il s’ensuit que pour une cellule donnée ils incluent les cellules voisines et l’espace intercellulaire. De plus, ces systèmes contrôlent des gènes qui ensemble confèrent à la cellule des propriétés particulières (motilité, forme, asymétrie etc ). Ce sont ces différents niveaux d’intégration et d’interaction des éléments dans ces systèmes qu’il s’agit maintenant de découvrir.



  • ASMAPE Modélisation avancée des suies pour les moteurs aéronautiques et à piston

    Vers une prédiction quantitative de la taille des suies et de leur masse dans les moteurs aéronautiques et à piston
    Les suies étant reconnues comme l'un des polluants essentiels des moteurs, le développement de technologies permettant de réduire leurs émissions passe par la capacité à comprendre leur formation dans la phase de combustion. Cette compréhension étant difficile à acquérir expérimentalement, elle s'appuie de plus en plus sur la simulation tridimensionnelle qui permet un accès direct à toute la physique de leur formation et de leur oxydation.

    Développement d'une modélisation avancée des suies
    L'objectif d'ASMAPE est de développer et valider un modèle de suies avancé pour la mécanique des fluides numérique en combustion turbulente. Son ambition est de traiter aussi bien les turbomachines aéronautiques que les moteurs à piston. Pour cela, les trois carburants commerciaux que sont le kérosène, l'essence et le gazole sont considérés simultanément au travers de mélanges à multi-composants.
    Les enjeux scientifiques et techniques abordés dans ASMAPE sont les suivants:
    1/ Le manque de schémas cinétiques détaillés permettant de rendre compte de la formation initiale des suies (nucléation), c’est-à-dire de la présence de HAP (hydrocarbures Aromatiques Polycycliques) qui par polymérisation forment les plus petites particules de suies.

    2/ Le manque de modèles numériques pour la CFD permettant de décrire la distribution en taille des suies dans des calculs industriels de turbomachines et de moteurs à piston.

    3/Le manque de bases de données expérimentales étendues permettant de caractériser les suies. Ce manque est observé aussi bien pour les flammes laminaires qui permettent de mesurer les espèces minoritaires pertinentes (HAP) nécessaires à la validation de schémas cinétiques, que pour les flammes turbulentes qui permettent de valider le modèle numérique de suies dans des conditions proches des vrais moteurs.

    4/Le temps de calcul important de ces modèles numériques (approche sectionnelle).



  • CLUSTOP Nanoparticules de silice multifonctionnelles à architectures complexes à base de clusters de métaux de transitions pour des applications en biotechnologies

    Des nanoparticules multifonctionelles pour des applications biomédicales.
    L’objectif de CLUSTOP est l’élaboration de nouvelles nanoparticules de silice non toxiques, magnétiques et phosphorescentes dans la région NIR, complété par l'étude de leurs propriétés physico-chimiques et toxicologiques.

    Elaboration et toxicité de systèmes colloïdaux luminescents dans la région NIR.
    L’objectif du projet CLUSTOP était l’élaboration de nouvelles nanoparticules de silice non toxiques, magnétiques et/ou luminescentes dans la région rouge-proche infrarouge (NIR), complété par l'étude de leurs propriétés physico-chimiques et toxicologiques. En effet, l’élaboration de tels systèmes colloïdaux à base de nanoparticules multifonctionnelles de silice (dénotées X@SiO2, X = Cs2Mo6X14 et ß-Na(Y,Gd)F4:Yb:Er et/ou Fe2O3) à la fois non toxiques et résistants au vieillissement constitue actuellement un défi technologique pour les biotechnologies. L’émission dans le proche infrarouge est une propriété nécessaire pour des applications en biotechnologie, car cette fenêtre correspond à l’absorption minimum des tissus. Ce projet de recherche visait également à évaluer la toxicité et l'écotoxicité des expositions à ces nanoparticules. CLUSTOP était un projet de recherche sur 3,5 ans qui s’appuie sur l’expérience et les expertises complémentaires de chimistes, physiciens, physico-chimistes et biologistes de 3 laboratoires partenaires. C’était un programme pluridisciplinaire de recherche fondamentale qui a permis la réalisation de nouveaux nanomatériaux applicatifs dans les domaines des biotechnologies.



  • INTER-NIT Additions de nitrènes intermoléculaires chimio- et énantiosélectives

    INTER-NIT. Dessein : aminer pour divertir
    La recherche des médicaments de demain impose au chimiste de créer des réactions produisant un grand nombre de nouvelles molécules en peu d'étapes (stratégie divergente). Quoi de plus simple alors, pour atteindre ces objectifs de diversité et efficacité, que de découvrir des réactions d'introduction directe sur une molécule complexe comme un produit naturel, d'une fonction chimique azotée, ubiquitaire dans la structure des médicaments car associée à leur activité biologique.

    Développer un scalpel moléculaire pour introduire à façon une fonction azotée
    La découverte de nouvelles molécules bioactives passe par le criblage du plus grand nombre possible de composés. Pour atteindre un haut degré de diversité, une solution est, à partir d'un composé de référence, de concevoir des réactions permettant de modifier sélectivement une de ses fonctions chimiques. Les composés organiques étant par essence caractérisés par un grand nombre de liaisons C-H, la transformation sélective et programmée d’une liaison C-H donne l’opportunité de préparer un grand nombre de dérivés en une seule étape, sous réserve de trouver des conditions appropriées pour convertir chaque liaison C-H. De telles transformations constituent un défi pour le chimiste, car il est difficile de pouvoir discriminer des liaisons C-H proches par leur profil de réactivité. Néanmoins, la valeur ajoutée des produits attendus est élevée car leur préparation est difficilement envisageable par d’autres stratégies aussi directes.
    Appliqué à la réaction d’amination, ce concept de réaction de fonctionnalisation chimiosélective doit permettre d’obtenir une grande diversité de composés azotés à partir d’un seul produit. L’enjeu est important car l’introduction sélective d’une fonction azotée est susceptible de modifier significativement le profil d’activité d’une molécule bioactive, tant dans sa capacité à interagir avec sa cible biologique que dans ses propriétés physico-chimiques (solubilité, stabilité, etc.).
    A cette question de la chimiosélectivité s’ajoute de plus celle de la stéréosélectivité. La chiralité est en effet au cœur des sciences du vivant, et elle impose au chimiste organicien de préparer des molécules sous la forme d’un unique isomère.
    L’objectif de ce projet est donc de développer une gamme de réactifs azotés pour la fonctionnalisation chimio- et stéréosélective de molécules complexes.



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