Dynamique et mécanismes de ciblage de la méthylation de l’ADN au cours du développement précoce chez la souris

Dynamics and mechanisms of targeting of DNA methylation during early mouse development

• Auteur / Autrice : Julie Borgel
• Direction : Thierry Forne, Michaël Weber
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie Santé
• Date : Soutenance le 16/06/2011
• Etablissement(s) : Montpellier 2
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences Chimiques et Biologiques pour la Santé (Montpellier ; Ecole Doctorale ; ....-2014)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Génétique Moléculaire de Montpellier
• Jury : Président / Présidente : Jean-Marie Blanchard
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Thierry Forne, Michaël Weber, Jean-Marie Blanchard, Saadi Khochbin, Gilles Salbert, Pierre-Antoine Defossez
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Saadi Khochbin, Gilles Salbert

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cytosine

Méthylation

ADN

Mots clés libres

Méthylation de l'ADN

Développement

Identité cellulaire

Épigénome

DNA methylation

Development

Cellular identity

Epigenome

Résumé

La méthylation de l'ADN est fortement reprogrammée pendant le développement chez les mammifères, où elle semble jouer un rôle essentiel dans la répression génique et le maintien de l'identité cellulaire. Néanmoins, les cibles de la méthylation de l'ADN, la cinétique d'acquisition et les mécanismes de ciblage au cours du développement sont mal connus. Le premier objectif de ma thèse a donc été d'identifier les cibles de la méthylation de l'ADN pendant l'embryogenèse chez la souris. Sachant que plusieurs études dans les cellules ES ont mis en évidence un lien entre l'histone méthyltransférase G9a et l'établissement de la méthylation de l'ADN, le deuxième objectif de ma thèse a été de tester le rôle de G9a dans l'établissement de la méthylation de l'ADN au cours de l'embryogenèse. Pour cela, j'ai développé une technique d'analyse de la méthylation à l'échelle génomique à partir d'un petit nombre de cellules. Nous avons observé que la méthylation est essentiellement catalysée par DNMT3B et est mise en place principalement pendant l'implantation de l'embryon entre le blastoscyste et l'épiblaste. Pendant cette période, la méthylation cible préférentiellement les gènes de la lignée germinale et est indispensable à leur répression. La méthylation cible aussi des gènes spécifiques de différentes lignées somatiques telles que la lignée hématopoïétique, et peut être effacée ultérieurement pendant la différentiation. De manière surprenante, nous avons identifié des promoteurs de gènes non soumis à l'empreinte qui semblent résister à la reprogrammation de la méthylation de l'ADN et hériter la méthylation des gamètes parentaux. Enfin, nous avons montré que, contrairement à ce que suggèrent les études dans les cellules ES, G9a ne semble pas être indispensable à l'acquisition et au maintien de la méthylation de l'ADN au niveau des promoteurs pendant le développement in vivo.

DNA methylation is an epigenetic mark extensively reprogrammed during mammalian development. It is believed to play essential functions in gene regulation and the maintenance of cellular identity. However, the target genes of DNA methylation and the mechanisms that recruit DNA methylation during development remain poorly understood. The first aim of my PhD project was to identify the target genes of DNA methylation during early mouse development in vivo. In addition, because several studies show that G9a is required for DNA methylation establishment and maintenance during ES cells differentiation, the second aim was to determine whether G9a is required for the establishment of promoter DNA methylation patterns during early development in vivo.To address these questions, I developped a genomics approach to map DNA methylation starting from very small amount of cells. .We observed a major epigenetic switch during implantation at the transition from the blastocyst to the postimplantation epiblast. During this period, DNA methylation is primarily targeted to repress the germline expression program. DNA methylation in the epiblast is also targeted to promoters of lineage-specific genes such as hematopoietic genes, which are subsequently demethylated during terminal differentiation. De novo methylation during early embryogenesis is catalyzed by Dnmt3b, and absence of DNA methylation leads to ectopic gene activation in the embryo. Surprisingly, we identify nonimprinted genes that escape post-fertilization DNA methylation reprogramming and seem to inherit promoter DNA methylation from parental gametes. Finally we show that, unlike what it was shown in ES cells, the absence of G9a in an in vivo context does not have a drastic effect on the maintenance and the establishment of promoter DNA methylation during early development.