Dissection aux niveaux mécanistique et des cellules individuelles des compartiments tridimensionnels des domaines répressifs de l’hétérochromatine facultative – Heterochromatin_In_3D

Mes objectifs a` long terme concernent la dissection du ro^le de l'organisation 3D du ge´nome dans la fonction, la stabilisation et la uniformite´ de rhe´te´rochromatine facultative ainsi que la conse´quence de changements dans l'organisation 3D de rhe´te´rochromatine sur le choix et la maintenance d'une identite´ cellulaire correcte. Pour re´pondre a` ces questions, je propose deux projets de recherche:
[1] la dissection me´canistique de l'organisation de rhe´te´rochromatine facultative 3D en utilisant une plate-forme cellulaire nouvellement de´veloppe´e permettant la modification de l'organisation 3D de ge`nes spe´cifiques.
[2] les e´tudes a` haute re´solution du lien entre l'organisation 3D de rhe´te´rochromatine facultative et la uniformite´ de la re´pression dans des cellules individuelles, en utilisant une nouvelle me´thode de 4C-seq base´e sur le se´quenc¸age nanopore.

Avec le financement ©RAction, un programme de travail de 48 mois sera e´tabli au CNRS-CGM (futur I2BC, Gif-sur- Yvette) dans lequel un post-doctorant, un doctorant, un technicien et moi-me^me allons utiliser les techniques de 4C-seq, profilage de transcription micro-fluidique et des analyses ChIP-seq pour relier me´caniquement l'organisation du ge´nome 3D et la fonction de l'he´te´rochromatine facultative, tant au sein de la population de cellules que dans des cellules individuelles. Un aspect important de ce programme est le de´veloppement de deux nouvelles plates-formes technologiques:
[1] une technique a` base de se´quenc¸age nanopore pour l'e´tude a` haute re´solution de l'organisation 3D du ge´nome dans des cellules individuelles.
[2] un syste`me cellulaire qui permet la de´termination syste´matique de la fonction de certaines prote´ines re´gulatrices dans l'organisation 3D du ge´nome en des points de´finis.

Le re´sultat de ces e´tudes fournira des indications importantes dans notre compre´hension de l'e´pige´ne´tique, de l'organisation nucle´aire et de la re´gulation transcriptionnelle. En outre, le de´veloppement de deux plates-formes technologiques va ouvrir des possibilite´s de collaboration avec un acce`s pre´fe´rentiel pour la communaute´ scientifique franc¸aise. En outre, la technique 4C-seq d'e´tude de l'organisation 3D du ge´nome dans des cellules individuelles peut e^tre exploite´e pour une utilisation commerciale dans le cadre de diagnostics cliniques. En tant que tel, ce projet renforcera la position du CGM / I2BC et de la communaute´ scientifique franc¸aise dans le domaine de l'organisation 3D des ge´nomes.

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Le choix et la maintenance de l’identité cellulaire exigent un équilibre précis de l'activation et de la répression des gènes. Un élément essentiel dans ce processus est la formation et la maintenance sélective de domaines d'hétérochromatine répressive, incluant une stabilité à long terme et une variation minimale entre cellules individuelles. J’ai découvert, ainsi que d’autres groupes, que différents types d’hétérochromatine facultative adoptent des organisations tridimensionnelles (3D) spécifiques dans le noyau de cellules de mammifère. Globalement, l'hétérochromatine portant la marque H3K9me2 se trouve à la périphérie répressive du noyau, tandis que l'hétérochromatine portant la marque H3K27me3 forme des agglomérats distincts dans les zones actives à l'intérieur du noyau. Localement, les domaines marqués par H3K9me2 et H3K27me3 forment des compartiments 3D physiquement séparés de leur environnement. Une fonction de ces types d'hétérochromatine facultative est donc la formation de microenvironnements de répression à des positions différentes dans le noyau. La façon dont l'organisation 3D est mécaniquement liée à la fonction répressive de l'hétérochromatine facultative n’a pas encore été élucidée. De même, les différences fonctionnelles entre les différents types d'hétérochromatine facultative ainsi que le rôle de l'organisation 3D dans la réduction de la variation répressive au sein de la population cellulaire n’ont pas encore été caractérisés.

Mes objectifs à long terme concernent la dissection du rôle de l'organisation 3D du génome dans la fonction, la stabilisation et la uniformité de l'hétérochromatine facultative ainsi que la conséquence de changements dans l'organisation 3D de l’hétérochromatine sur le choix et la maintenance d’une identité cellulaire correcte. Pour répondre à ces questions, je propose deux projets de recherche:
[1] la dissection mécanistique de l'organisation de l'hétérochromatine facultative 3D en utilisant une plate-forme cellulaire nouvellement développée permettant la modification de l'organisation 3D de gènes spécifiques.
[2] les études à haute résolution du lien entre l'organisation 3D de l'hétérochromatine facultative et la uniformité de la répression dans des cellules individuelles, en utilisant une nouvelle méthode de 4C-seq basée sur le séquençage nanopore.

Avec le financement @RAction, un programme de travail de 48 mois sera établi au CNRS-CGM (futur I2BC, Gif-sur-Yvette) dans lequel un post-doctorant, un doctorant, un technicien et moi-même allons utiliser les techniques de 4C-seq, profilage de transcription micro-fluidique et des analyses ChIP-seq pour relier mécaniquement l'organisation du génome 3D et la fonction de l'hétérochromatine facultative, tant au sein de la population de cellules que dans des cellules individuelles. Un aspect important de ce programme est le développement de deux nouvelles plates-formes technologiques:
[1] une technique à base de séquençage nanopore pour l’étude à haute résolution de l'organisation 3D du génome dans des cellules individuelles.
[2] un système cellulaire qui permet la détermination systématique de la fonction de certaines protéines régulatrices dans l'organisation 3D du génome en des points définis.

Le résultat de ces études fournira des indications importantes dans notre compréhension de l'épigénétique, de l'organisation nucléaire et de la régulation transcriptionnelle. En outre, le développement de deux plates-formes technologiques va ouvrir des possibilités de collaboration avec un accès préférentiel pour la communauté scientifique française. En outre, la technique 4C-seq d’étude de l'organisation 3D du génome dans des cellules individuelles peut être exploitée pour une utilisation commerciale dans le cadre de diagnostics cliniques. En tant que tel, ce projet renforcera la position du CGM / I2BC et de la communauté scientifique française dans le domaine de l'organisation 3D des génomes.