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SYNOPSIS
OBJECTIFS DES TRAVAUX
PROJETS EN COURS
EPISSAGE ALTERNATIF DES INTRONS ET DIVERSIFICATION DE LA PRODUCTION TRANSCRIPTIONNELLE
TRANSCRIPTION DES SEQUENCES REPETEES CENTROMERIQUES
MÉTHYLATION DE L’ADN ET MAINTIEN DEL’INTEGRITE DES GENOMES EUKARYOTES


L’ÉQUIPE


De gauche à droite : Baptiste Bogard (Thésard), Giacomo Grillo (Thésard), Claire Francastel (La Boss),
Florent Hubé (Chercheur), Ivana Ivkovic (Ass. ingénieur), Guillaume Velasco (Ass. professeur).



SYNOPSISHaut de page


L’intérêt général des travaux de notre équipe concerne la multiplicité et la complexité des réseaux de régulation qui contrôlent l’expression et le maintien des génomes de mammifères, depuis le contrôle transcriptionnel ou épigénétique au niveau local jusqu’à l’organisation génomique globale dans le volume nucléaire. Les génomes des eucaryotes complexes étant transcrits de manière relativement généralisée, alors qu’ils sont constitués principalement de séquences qui ne contiennent pas d’information codante pour des protéines, une tâche importante de la biologie moderne consiste à documenter cette énorme production transcriptionnelle non codante et à comprendre sa pertinence fonctionnelle dans les réseaux de régulation qui contrôlent le destin cellulaire normal. Nos travaux visent particulièrement à déterminer si les perturbations de cette production non codante représentent une force motrice dans l’émergence de maladies et à identifier les mécanismes et facteurs responsables de son maintien dans les cellules normales. Au cours des dernières années, nous nous sommes concentrés sur des régions génomiques intrinsèquement non codantes qui représentent une large fraction des génomes de mammifères, c’est-à-dire les séquences répétées et les introns, comme paradigmes pour apporter des réponses à ces questions et comme cibles non conventionnelles des perturbations post-transcriptionnelles et épigénétiques caractéristiques de nombreuses maladies humaines.
Nos stratégies de recherche sont à la fois fondamentales et axées sur le patient, basées sur (i) le développement de modèles murins, (ii) l’établissement de cohortes de patients en collaboration avec des médecins, (iii) une combinaison d’expertises complémentaires dans l’étude de l’expression des gènes, de la méthylation de l’ADN, des ARN non codants et de leurs complexes associés, de l’épissage et de la maturation des ARN, et de l’architecture nucléaire, et (iv) ils capitalisent sur des modèles cellulaires uniques que nous avons développés, comme les modèles murins, des cellules ES et des cellules des patients ainsi que la génération de données à haut débit. Les approches techniques que nous utilisons incluent la biologie moléculaire classique, les techniques à haut débit pour des analyses épigénomiques et transcriptomiques, l’imagerie cellulaire et des analyses in situ chez la souris.



OBJECTIFS DES TRAVAUXHaut de page

Nos principaux objectifs sont les suivant:
– documenter la production transcriptionnelle non codante des régions mentionnées dans des situations normales et physiopathologiques
– caractériser la biogenèse des transcrits produits, leur maturation, leur régulation épigénétique, leur localisation sub-cellulaire et leurs complexes associés
– comprendre si et comment leur dérégulation représente une force motrice dans la maladie
– fournir une vue intégrée pan-génomique des défauts épigénétiques, transcriptionnels et d’épissage dans le contexte de défauts pathologiques de la machinerie de méthylation de l’ADN



PROJETS EN COURSHaut de page

EPISSAGE ALTERNATIF DES INTRONS ET DIVERSIFICATION DE LA PRODUCTION TRANSCRIPTIONNELLEHaut de page
Un paradigme pour tester la fonctionnalité des régions génomiques non codantes pour des protéines

teaching Les introns représentent près de la moitié du génome humain bien que, pour leur grande majorité, ils soient éliminés des transcrits eucaryotes par épissage de l’ARN. Pourtant, des informations importantes sont intégrées dans les introns, la plus remarquable étant la libération de différentes classes de petits ARNnc régulateurs directement à partir de l’épissage. En outre, nous avons montré que leur excision ou leur rétention, selon le contexte cellulaire, contribue à la diversification de l’information portée par les gènes en produisant des ARN fonctionnels au lieu d’un ARNm codant pour des protéines.
Une conséquence importante est que l’épissage alternatif fonctionne comme un commutateur développemental flexible qui confère une certaine plasticité à la production transcriptionnelle des génomes eucaryotes, permettant de diversifier non seulement le protéome mais aussi le transcriptome.
Nous explorons l’épissage alternatif des introns comme mécanisme permettant d’affiner la production d’ARNm, de longs ARNnc ou de petits ARNnc régulateurs dérivés d’intron (que nous avons appelé SID pour Short Intron-Derived) au cours de la différenciation musculaire normale et pathologique où l’épissage est altéré, comme c’est le cas dans la Dystrophie Myotonique de type 1 (DM1). Nous utilisons des prédictions bioinformatiques et le séquençage d’ARN à haut débit et validons expérimentalement les ARNnc différentiels dans des systèmes modèles.

Publications sélectionnées:

  • Hubé F, Ulveling D, Sureau A, Forveille S, Francastel C. Short intron-derived ncRNAs. Nucleic Acids Res. 2017 Jan 3;45(8):4768-4781. PMID: 28053119
  • Hubé F, Francastel C. “Pocket-sized RNA-Seq”: a method to capture new mature microRNA produced from a genomic region of interest. Non-coding RNA. 2015 June;1(2):127-138. Paper here
  • Hubé F, Francastel C. Mammalian Introns: When the Junk Generates Molecular Diversity. Int J of Mol Sci. 2015 Feb 20;16(3):4429-4452. PMID: 25710723
  • Ulveling D, Dinger M, Francastel C, Hubé F. Identification of a dinucleotide signature that discriminates coding from non-coding long RNAs. Front Genet. 2014 Sep 9;5:316. PMID: 25250049
  • Ulveling D, Francastel C, Hubé F. When one is better than two: RNA with dual functions. Biochimie. 2011 Apr;93(4):633-44. Review. PMID: 21111023
  • Ulveling D, Francastel C, Hubé F. Identification of potentially new bifunctional RNA based on genome-wide data-mining of alternative splicing events. Biochimie. 2011 Nov;93(11):2024-7. PMID: 21729736
  • Hubé F, Velasco G, Rollin J, Furling D, Francastel C. Steroid receptor RNA activator protein binds to and counteracts SRA RNA-mediated activation of MyoD and muscle differentiation. Nucleic Acids Res. 2011 Jan;39(2):513-25. PMID: 20855289



    TRANSCRIPTION DES SEQUENCES REPETEES CENTROMERIQUESHaut de page
    Un paradigme pour lier la transcription des séquences répétées de l’ADN à des effets moléculaires et cellulaires globaux

    teaching Les répétitions en tandem qui sous-tendent les régions centromériques ont un rôle structurel au niveau chromosomique, fournissant les plates-formes d’assemblage pour le kinétochore et l’arrimage du fuseau mitotique, mais aussi dans l’organisation fonctionnelle du noyau et le contrôle à longue distance de l’expression du génome.
    Nous avons caractérisé les transcrits qui proviennent de répétitions centromériques murines et avons montré qu’elles sont essentielles pour l’identité et la fonction des centromères, alors que leur accumulation non contrôlée est causalement liée à une organisation nucléaire et à des phénotypes cellulaires perturbés. Cependant, nous avons montré que les conséquences dépendent largement des contextes cellulaires et génétiques. Dans les cellules primaires, la transcription accrue des répétitions centromériques fonctionne comme un détecteur de stress génotoxique et un déclencheur de mécanismes d’arrêt du cycle et de sauvegarde cellulaire. En revanche, dans des contextes où les points de contrôle qui dépendent de p53, cette accumulation conduit à une instabilité chromosomique, non sans rappeler les évènements oncogéniques.
    Nous explorons le lien de causalité entre la transcription aberrante de séquences répétées et la perturbation des programmes moléculaires et cellulaires, ex vivo dans divers contextes cellulaires et génotypiques et in vivo dans des modèles murins. Nous interrogeons également les mécanismes qui conduisent à leur transcription dérégulée, avec un intérêt particulier pour la méthylation de l’ADN qui est étroitement liée au maintien de l’intégrité de ces séquences et, par conséquent, au maintien de la stabilité du génome. Finalement, nous cherchons à déchiffrer les fonctions cellulaires et les facteurs régulateurs qui sont perturbés par leur accumulation non programmée.

    Publications sélectionnées:

  • Hédouin S, Grillo G, Ivkovic I, Velasco G, Francastel C. CENP-A chromatin disassembly in stressed and senescent murine cells. Sci Rep. 2017 Feb 10;7:42520. doi: 10.1038/srep42520. PMID: 28186195
  • Guillemin C, Francastel C. [Heterochromatin compartments and gene silencing: human hematopoietic differentiation as a model study]. Biol Aujourdhui. 2010;204(3):221-33. Review. French. PMID: 20950566
  • Guillemin C, Maleszewska M, Guais A, Maës J, Rouyez MC, Yacia A, Fichelson S, Goodhardt M, Francastel C. Chromatin modifications in hematopoietic multipotent and committed progenitors are independent of gene subnuclear positioning relative to repressive compartments. Stem Cells. 2009 Jan;27(1):108-15. PMID: 18974210
  • Ferri F, Bouzinba-Segard H, Velasco G, Hubé F, Francastel C. Non-coding murine centromeric transcripts associate with and potentiate Aurora B kinase. Nucleic Acids Res. 2009 Aug;37(15):5071-80. PMID: 19542185



    MÉTHYLATION DE L’ADN ET MAINTIEN DEL’INTEGRITE DES GENOMES EUKARYOTESHaut de page
    Lorsque l’étude d’une maladie rare apporte un nouvel éclairage sur le domaine de la méthylation de l’ADN

    teaching La méthylation de l’ADN est parmi les modifications épigénétiques les mieux étudiées chez les vertébrés et est essentielle au développement embryonnaire normal. Compte tenu de son rôle central dans le contrôle de l’expression des gènes et de processus biologiques clés, il n’est pas surprenant que des profils de méthylation de l’ADN perturbés soient caractéristiques de nombreuses maladies humaines. Dans ce contexte, la machinerie de méthylation de l’ADN est fréquemment perturbée, bien que le lien de causalité soit parfois difficile à établir formellement. Cependant, l’existence de maladies monogéniques héréditaires qui compromettent les composants de la machinerie épigénétique offrent une occasion unique de mieux caractériser et d’aborder le lien causal avec l’émergence de perturbations moléculaires et cellulaires.
    Notre intérêt pour la transcription des séquences répétées a motivé notre intérêt pour une maladie autosomique récessive rare, le syndrome ICF (Immunodéficience, instabilité Centromérique et anomalies Faciales), causée par la perte remarquable de méthylation de l’ADN au niveau des répétitions (péri) centromériques qui provoque une instabilité chromosomique. Les mutations dans l’ADN méthyltransférase DNMT3B ont été les premières causes identifiées de la maladie. L’étude de son étiologie a récemment produit avec de nouveaux candidats, dont le rôle dans la méthylation de l’ADN et le maintien de la stabilité du génome n’a jamais été suspecté avant leur implication dans la maladie.
    L’implication de ces nouveaux « facteurs ICF » soulève des questions importantes concernant leur fonction, leur rôle direct ou indirect dans les voies de la méthylation de l’ADN, leurs cibles génomiques et l’impact de leurs mutations sur le transcriptome, l’épigénome et le destin cellulaire. Nous visons à fournir une vue globale et intégrée des conséquences des perturbations de la méthylation de l’ADN dans des cellules de patients et des modèles murins avec des conséquences importantes pour (i) la compréhension de la relation génotype / phénotype dans une telle maladie monogénique et épigénétique complexe, (ii) l’établissement de biomarqueurs pour faciliter le diagnostic et l’orientation de la recherche de mutations et la prise en charge appropriée les patients, et (iii) dans une perspective de recherche plus fondamentale, la compréhension des mécanismes moléculaires impliqués dans l’établissement et le maintien des patrons de méthylation de l’ADN au niveau des répétitions d’ADN ou de gènes uniques, et sur les conséquences pour la production transcriptionnelle longue ou courte, codante ou non codante, avec une pertinence additionnelle pour d’autres contextes physiopathologiques.

    Publications sélectionnées :

  • Gatto S, Gagliardi M, Franzese M, Leppert S, Papa M, Cammisa M, Grillo G, Velasco G, Francastel C, Toubiana S, D’Esposito M, Angelini C, Matarazzo MR. ICF-specific DNMT3B dysfunction interferes with intragenic regulation of mRNA transcription and alternative splicing . Nucleic Acids Res. 2017 Mar 9; 45(10):5739-5756. PMID: 28334849
  • Sagie S, Toubiana S, Hartono S, Katzir H, Tzur-Gilat A, Havazelet S, Francastel C, Velasco G, Chedin F, Selig S. Telomeres in ICF syndrome cells are vulnerable to DNA damage due to elevated DNA:RNA hybrids. Nat Commun. 2017 Jan 24;8:14015. PMID: 28117327
  • Sterlin D, Velasco G, Moshous D, Touzot F, Mahlaoui N, Fischer A, Suarez F, Francastel C, Picard C. Genetic, Cellular and Clinical Features of ICF Syndrome: a French National Survey . J Clin Immunol. 2016 Feb;36(2):149-59. PMID: 26851945
  • Thijssen PE, Ito Y, Grillo G, Wang J, Velasco G, Nitta H, Unoki M, Yoshihara M, Suyama M, Sun Y, Lemmers RJ, de Greef JC, Gennery A, Picco P, Kloeckener-Gruissem B, Güngör T, Reisli I, Picard C, Kebaili K, Roquelaure B, Iwai T, Kondo I, Kubota T, van Ostaijen-Ten Dam MM, van Tol MJ, Weemaes C, Francastel C, van der Maarel SM, Sasaki H. Mutations in CDCA7 and HELLS cause immunodeficiency-centromeric instability-facial anomalies syndrome. Nat Commun. 2015 Jul 28;6:7870. PMID: 26216346
  • Walton E, Francastel C, Velasco G. Dnmt3b prefers germ line genes and centromeric regions: lessons from ICF and cancer and implications for diseases. Biology (Basel). 2014 Sep 5;3(3):578-605. PMID: 25198254
  • Velasco G, Walton EL, Sterlin D, Hédouin S, Nitta H, Yuya I, Fouyssac F, Mégarbané A, Sasaki H, Picard C, Francastel C. Germline genes hypomethylation and expression define a molecular signature in peripheral blood of ICF patients: implications for diagnosis and etiology. Orphanet J Rare Dis. 2014 Apr 17;9(1):56. PMID: 24742017
  • Nitta H, Unoki M, Ichiyanagi K, Kosho T, Shigemura T, Takahashi H, Velasco G, Francastel C, Picard C, Kubota T, Sasaki H. Three novel ZBTB24 mutations identified in Japanese and Cape Verdean type 2 ICF syndrome patients. J Hum Genet. 2013 Jul;58(7):455-60. PMID: 23739126
  • Walton EL, Francastel C, Velasco G. Maintenance of DNA methylation: Dnmt3b joins the dance. Epigenetics. 2011 Nov;6(11):1373-7. PMID: 22048250
  • Velasco G, Hubé F, Rollin J, Neuillet D, Philippe C, Bouzinba-Segard H, Galvani A, Viegas-Péquignot E, Francastel C. Dnmt3b recruitment through E2F6 transcriptional repressor mediates germ-line gene silencing in murine somatic tissues. Proc Natl Acad Sci U S A. 2010 May 18;107(20):9281-6. PMID: 20439742




    FINANCEMENTSHaut de page

    teaching


    Claire Francastel sur PubMed
    Florent Hubé sur PubMed
    Guillaume Velasco sur PubMed