Relations entre méthylation de l’ADN et modifications des histones au niveau des régions de contrôle de l’empreinte génomique parentale

par Amandine Henckel

Thèse de doctorat en Biochimie et biologie moléculaire

Sous la direction de Robert Feil et de Philippe Arnaud.

Soutenue en 2009

à Montpellier 2 .

mots clés

• Empreinte génomique
• Icr
• Méthylation de l'ADN
• Modifications des histones
• Pgc
• Dnmt3L
• ADN -- Méthylation
• Histones
• Empreinte génomique

Résumé

L'empreinte génomique est un mécanisme épigénétique qui conduit à l'expression d'un seul des deux allèles parentaux pour certains gènes autosomaux de mammifère. Cette expression parentale monoallélique est régulée par des régions de contrôles de l'empreinte (ICR) qui portent des marques de méthylation de l'ADN et de modifications d'histones alléliques. Actuellement, la structure chromatinienne des ICR dans la lignée germinale est inconnue. Un des facteurs clés pour établir la méthylation de l'ADN des ICR en lignée germinale est Dnmt3L (De novo methyltransferase 3-Like) grâce à son interaction avec une méthyltransférase de novo Dnmt3a. Cependant, le mécanisme précis qui permet spécifiquement de recruter Dnmt3L au niveau des ICR est inconnu. L'hypothèse que nous favorisons est celle de l'implication des modifications des histones qui pourraient indiquer quelles séquences doivent être méthylées. Afin d'identifier une telle marque, nous avons d'abord étudié le patron des modifications des histones dans des embryons mutants qui ne présentent plus de méthylation de l'ADN au niveau des ICR. Dans un deuxième temps, nous avons mis au point une technique de ChIP qui nous permet d'étudier le patron des modifications des histones des ICR dans les cellules germinales primordiales. Par ses expériences, nous avons pu montrer un lien fonctionnel entre méthylation de l'ADN et modifications des histones au niveau des ICR. Nous avons aussi trouvé que certaines marques d'histones spécifiques seraient nécessaires à l'acquisition de la méthylation de l'ADN des ICR

Titre traduit

Interplay between DNA methylation and histone modifications at imprinting control regions

Résumé

Research on genomic imprinting provides an excellent opportunity to identify the signals that direct epigenetic marks to particular genomic sequences. Genomic imprinting is a form of non-Mendelian inheritance in mammals where some genes are expressed depending on whether they are inherited from the mother or the father. This allele specific expression is regulated by “Imprinting Control Regions” (ICRs), which are marked by allelic histone modifications and DNA methylation. It is not currently known if such allelic chromatin structure exists in germ cell lineages. A key factor to establish DNA methylation in ICRs/germline DMRs is Dnmt3L (De novo methyltransferase 3-Like), through its interaction with a de novo methyltransferase, Dnmt3a. However, the precise mechanism involved in the germline specificity of Dnmt3L targeting is currently unknown. One possibility is that epigenetic modifications other than DNA methylation are already present and are used as a mark to indicate which sequences need to become methylated. In order to identify such a mark, we first explored whether histone modification patterns at ICRs are maintained in absence of DNA methylation imprints in mutant embryos lacking ICR DNA methylation. Secondly, we improved the ChIP technique to look at histone modifications patterns at ICRs of primordial germ cells after the demethylation wave. From these experiments, we showed a functional link between histone modifications and DNA méthylation at ICRs. We also found that some specific histone modifications could be necessary to allow the acquisition of ICR DNA méthylation in male germline