Etude de la régulation et de l'expression dynamique des cibles de l'ADN méthyltransferase 3B dans un contexte physiologique et pathologique

Study of the regulation and dynamic expression of targets of the DNA methyltransferase 3B in health and disease

• Auteur / Autrice : Emma Walton
• Direction : Claire Francastel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biothérapies et biotechnologies
• Date : Soutenance en 2013
• Etablissement(s) : Paris 7

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cellules souches embryonnaires

Épigénomique

Cellules germinales

Méthylation de l'ADN

Résumé

La méthylation de l'ADN est une marque épigénétique essentielle à la vie. Les perturbations des profils de méthylation sont fréquemment décrites dans les maladies humaines. En particulier, des mutations de l'ADN methyltransferase 3B sont observées dans le syndrome ICF et des variants catalytiquement inactifs de l'enzyme sont fréquemment observés dans les cancers. Dans les deux cas, une hypométhylation globale touche surtout les répétitions centromériques associée à l'accumulation de transcrits issus de ces répétitions, à l'expression illégitime des gènes de la lignée germinale, et à une instabilité chromosomique. Ces événements sont de bons candidats pour contribuer à la progression tumorale. Nous avons étudié la relation entre hypométhylation, expression anormale des cibles de DNMT3B et l'émergence des phénotypes cellulaires pathologiques. Notre observation que Dnmt3b reste associé à ses gènes cibles dans les cellules somatiques a suggéré son rôle à la fois dans l'établissement de novo et le maintien de la méthylation de ces gènes. Ces résultats suggèrent un mécanisme qui lie la perturbation de DNMT3B dans le cancer à l'expression illégitime de ces gènes cibles. Nous montrons aussi que certains de ces gènes sont exprimés chez les patients ICF, ce qui constitue une caractéristique moléculaire qui sera utile pour le diagnostic des patients. Par contre, l'hypométhylation des répétitions centromériques ne suffit pas pour promouvoir leur transcription. Nous montrons que le facteur de transcription YY1 est un régulateur de la transcription des centromères, mettant en évidence un mécanisme possible pour la dérégulation de ces transcrits dans les cellules cancéreuses.

DNA methylation is a crucial epigenetic mark essential to life. Accordingly, alterations to patterns of DNA methylation frequently occur in human diseases. In the ICF syndrome, mutation in the de novo DNA methyltransferase 3B leads to pathological hypomethylation of centromeric DNA repeats and chromosomal instability. Similar anomalies are observed in cancer, which is often characterised by the aberrant expression of catalytically inactive isoforms of DNMT3B, the abnormal accumulation of centromeric transcripts, and illegitimate expression of germ line genes, many of which are targets of DNMT3B. These events are thought to act as a driving force for tumourgenesis. In this study, we investigated the relationship amongst hypomethylation, the illicit expression of DNMT3B targets, and perturbed cellular phenotypes. Our previous finding that Dnmt3b is bound to its targets in somatic cells suggested an ongoing role for this enzyme in maintenance methylation. We find that for some germ line genes, methylation is assured by Dnmt3b and not the maintenance enzyme Dnmt1. These results suggest a mechanism linking perturbation to DNMT3B in cancer to the illicit expression of germ line genes. We further show that some of these genes are expressed in ICF patients with mutations in DNMT3B, which constitutes a tissue-independent molecular hallmark that will prove useful for diagnosis. At centromeric repeats, hypomethylation creates a favourable context for, but does not necessarily lead to transcription. We imply a role for the transcription factor YY1 as a regulator of centromeric transcription, providing a potential mechanism for the deregulation to centromeric transcripts in cancer.