Recherche de l'équipe Expression Génétique et Développement

Comment une cellule contrôle-t-elle l'expression de son génome? Comment ce contrôle s'intègre-t-il dans un programme de développement d'un organisme multicellulaire? Quelles sont les conséquences de défauts de ces mécanismes de contrôle? Comment ces défauts peuvent-ils générer des pathologies chez l'humain? Ces questions sont loin d'être résolues. Nous avons choisi de les aborder en nous focalisant sur les contrôles qui s'exercent sur l'ARN. Alors qu'on a longtemps pensé que l'essentiel des contrôles de l'expression génétique s'effectuait sur la transcription, il est maintenant clair que les régulations portant sur l'ARN, appelées régulations post-transcriptionnelles, sont au moins aussi importantes.

L'équipe "Gene expression and development" (GED) étudie la contribution des régulations post-transcriptionnelles au développement des organismes pluricellulaires, en utilisant essentiellement comme modèles la souris et l'amphibien xénope (pourquoi le xénope?). Ces recherches ont un fort impact pour la compréhension de certaines pathologies chez l'humain.

Objectifs spécifiques

Pathologies associées à la CELF1

La CELF1 est une protéine de liaison aux ARN, jouant de nombreux rôles dans le métabolisme d'un ARN (contrôle de l'épissage, de la traduction, de la stabilité). Chez l'homme, elle est impliquée dans la dystrophie myotonique de type 1 (aussi appelée maladie de Steinert). Les souris invalidées pour le gène Celf1 sont donc des modèles d'étude de la DM1. Nous avons également démontré sa fonction dans la segmentation des somites des vertébrés, ou dans la gamétogenèse chez le mammifère mâle.

Figure 1. Pourquoi les mâles dépourvus de gène Celf1 sont-ils stériles? Les épididymes des souris mâles sauvages contiennent essentiellement des spermatozoïdes (A), tandis que les épididymes des mâles chez lesquels le gène Celf1 a été inactivé contiennent essentiellement des cellules rondes (B), qui correspondent à des spermatides immatures relarguées de façon prématurée par les tubules séminifères. Ce défaut de spermiogenèse est du à un taux de testostérone trop faible associé à une hyper-activité de l'aromatase, et peut être traité en apportant de la testostérone ou en traitant les souris par l'inhibiteur d'aromatase Letrozole (C). D'autres données montrent que la protéine de liaison aux ARN CELF1 (codée par le gène Celf1) réprime directement la traduction de l'ARNm aromatase, ce qui révèle une fonction de CELF1 dans le contrôle du statut hormonal chez le mâle. (Cf : Boulanger et al, MCB 2015, pour plus d'informations).

Nos recherches actuelles portent sur l'implication de cette protéine dans la physiopathologie du cristallin et la cataracte, et la maladie d'Alzheimer.

Stabilité de l'épiderme

Nous avons récemment montré que la Ptbp1 ou Esrp1, des protéines de liaison aux ARN, ou Exosc9, un composant du RNA exosome, étaient impliqués dans la stabilité de l'épiderme de xénope. Esrp1 contrôle l'expression de ptbp1, il existe donc une voie Esrp1/Ptbp1 et une voie Exosc9 menant à ces défauts. Les embryons dépourvus de ces protéines développent des "bulles" ou "ampoules" sur la nageoire dorsale, que nous avons caractérisées par différentes approches. Elles sont évocatrices de certaines pathologies de l'épiderme chez l'humain.

Figure 3. Le phénotype "ampoule". Les embryons de xénope sont d'excellents modèles de génétique inverse. A titre d'exemples, nous montrons ici un témoin (non-injected, NI), et des embryons précédemment injectés avec des molécules capables de bloquer spécifiquement la traduction de certains ARNm (oligonucléotide antisens morpholino, Mo). Les embryons injectés précédemment avec un morpholino dirigé contre les ARN ptbp1, exosc9 ou esrp1 présentent tous des "ampoules" ou "bulles" caractéristiques sur la nageoire dorsale. Dans la mesure où ces trois ARN permettent la traduction de régulateurs post-transcriptionnels de l'expression génétique, ces données illustrent le lien existant entre la stabilité de la peau et les contrôles post-transcriptionnels.

L'épiderme de xénope est un modèle simple d'épiderme pluristratifié, composé seulement de quatre types cellulaires exprimant chacun des marqueurs spécifiques.

Figure 2. Les tétards de xénope en tant que modèles du développement des épithémiums chez les vertébrés. Ces photos sont des hybridations in situ effectuées avec les sondes indiquées. Elles illustrent la variété des types cellulaires dans l'épiderme de l'embryon de xénope.

Afin de comprendre ce phénotype particulier, nous nous efforçons d'intégrer des approches génomiques à haut-débit et des approches de génétique inverse et d'analyses de phénotypes. Les approches génomiques à haut-débit comprennent le séquençage profond d'ARN et le CLIPseq dont l'objectif est d'identifier de façon systématique l'ensemble des ARN ligands associés à une protéine de liaison aux ARN données. La génétique inverse est mise en oeuvre chez le xénope par injection d'oligonucléotides antisens Morpholino, ou par modification ciblée du génome en F0 par CRISPR/Cas9.

Figure 4. Mise en évidence de défauts d'épissage par séquençage profond d'ARN. Les fragments de séquence (reads) obtenus par séquençage profond d'ARN extraits à partir d'embryons témoins (rouge), d'embryons précédemment injectés avec un morpholino contre exosc9 (bleu), ou  d'embryons précédemment injectés avec un morpholino contre ptbp1 (bleu)d'The  reads obtained by deep sequencing of RNA extracted from control embryos (red), embryos  injected with the Exosc9 morpholino (blue) or the ptbp1 morpholino (vert) ont été alignés sur le génome de xénope. Nous montrons ici un exon particulier (entouré en rouge) qui est présent dans l'ARNm chez les embryons précédemment injectés avec le morpholino contre ptbp1, mais absent dans les deux autres conditions. Ces données montrent que la protéine de liaison aux ARN Ptbp1 réprime, directement ou indirectement, l'inclusion de cet exon.

Objectifs transversaux

Nous pensons que les défauts de développement que nous caractérisons chez les embryons reflètent des situations pathologiques pouvant être rencontrées chez l'humain. Notre préoccupation constante est donc de lier nos recherches effectuées chez des animaux modèles avec la santé humaine.

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