Étudier la maintenance de l’épigénome suite à des dommages causés par les UV
Dans les cellules de tous les organismes vivants, l’activité des gènes est contrôlée par un ensemble de protéines histones et de modifications chimiques de l’ADN appelées épigénome. Nous ignorons toutefois comment les modifications épigénomiques changent après une lésion de l’ADN lui-même, ni comment elles contribuent à la réparation de l’ADN. «Il s’agit d’un domaine d’étude complexe car l’épigénome englobe de nombreux niveaux d’organisation qui peuvent tous être potentiellement affectés par des lésions de l’ADN», explique Sophie Polo(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) du l’Unité Épigénétique et Destin Cellulaire (Université de Paris Cité et Centre national de la recherche scientifique(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) (CNRS)). «De plus, certaines altérations de l’épigénome peuvent être très transitoires et donc difficiles à détecter», ajoute-t-elle. Dans le cadre du projet REMIND, financé par le Conseil européen de la recherche(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), Sophie Polo et ses collègues ont cherché à combler cette lacune en procédant à une analyse étendue et résolue dans le temps des altérations de l’épigénome dans les cellules humaines soumises à des dommages causés par les UV. Les chercheurs ont voulu découvrir certains des changements moléculaires qui contribuent à la réparation et à la restauration de la chromatine, le matériau dont sont constitués les chromosomes.
Étudier les effets épigénomiques des dommages causés par les UV
L’équipe a concentré ses recherches sur les caractéristiques épigénomiques à trois niveaux dans les cellules de mammifères qui influencent l’activation ou la désactivation des gènes: les protéines histones, qui modifient la densité de l’ADN, la méthylation de l’ADN, une modification chimique qui peut rendre les gènes silencieux ou les désactiver, et les structures d’ordre supérieur de la chromatine qui définissent des régions du génome distinctes sur le plan fonctionnel. Les études en laboratoire du projet ont porté sur les changements survenus à ces trois niveaux à la suite d’une exposition aux rayons ultraviolets, dans des cellules humaines et des cellules de souris en culture. Les chercheurs ont également développé plusieurs nouvelles méthodologies qui leur ont permis de capturer la chromatine sur les sites de réparation des dommages causés par les UV, avant d’analyser les protéines associées impliquées dans les modifications des histones et de l’ADN. Ils pourraient également suivre en temps réel la dynamique des caractéristiques de l’épigénome et des modificateurs de l’épigénome sur les sites endommagés par les UV, en utilisant l’imagerie de cellules vivantes après une irradiation locale aux UV.
Faire la lumière sur les mécanismes de maintien de l’épigénome pendant la réparation de l’ADN
Le projet a fait plusieurs découvertes importantes sur les mécanismes qui sous-tendent le maintien de l’épigénome, notamment l’identification des enzymes modifiant les histones (qui effectuent des modifications chimiques) et des lecteurs de modification des histones (qui lisent les modifications chimiques). Ils sont recrutés sur les sites de réparation des dommages causés par les UV, en même temps que les chaperons d’histones qui coordonnent la dynamique des anciennes et des nouvelles histones sur les sites de réparation. L’équipe a mis en évidence une interaction essentielle entre les enzymes modifiant les histones et le dépôt d’histones pour préserver l’intégrité de la chromatine d’ordre supérieur, et a également analysé la machinerie de maintenance qui sous-tend la méthylation de l’ADN sur les sites de réparation des dommages causés par les UV. «Les nouvelles découvertes et les méthodologies générées par ce projet sont d’un intérêt majeur pour la communauté scientifique travaillant sur la stabilité du génome et de l’épigénome», déclare Sophie Polo. «Nos résultats élargissent nos connaissances sur la maintenance de l’épigénome suite à des lésions de l’ADN au niveau mécanique.»
L’impact potentiel sur le vieillissement et le cancer
Les nouvelles méthodes développées dans le cadre du projet REMIND peuvent être étendues à l’étude d’autres caractéristiques épigénomiques ou composants de la chromatine en réponse aux dommages causés par les UV ou d’autres processus nocifs. «Une compréhension approfondie des acteurs impliqués dans le maintien de la chromatine après une lésion de l'ADN pourrait ouvrir la voie à des stratégies visant à contrecarrer les effets néfastes de l’instabilité de la chromatine observés dans le vieillissement et le cancer», souligne Sophie Polo. L’équipe poursuivra ses travaux sur les modifications des histones et leurs fonctions lors de la réparation des dommages causés par les UV. «Nous élargirons également nos horizons en étudiant le rôle de l’ARN et des modifications de l’ARN dans la réponse aux dommages causés par les UV.»
