Étude des mécanismes de régulation à distance du gène CFTR

Analysis of long-range regulatory mechanisms of the CFTR gene

• Auteur / Autrice : Stéphanie Moisan
• Direction : Claude Férec
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie santé
• Date : Soutenance le 17/11/2014
• Etablissement(s) : Brest
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Santé, information-communication et mathématiques, matière (Brest, Finistère)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Génétique, génomique fonctionnelle et biotechnologies (Brest, Finistère)
• Jury : Président / Présidente : Laurent Corcos
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Claude Férec, Ann Harris, Thierry Forne, Magali Taulan-Cadars
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Ann Harris, Thierry Forne

Mots clés

Mots clés contrôlés

Régulation génétique

Gène CFTR

Mots clés libres

CFTR

Régulation transcriptionnelle

Chromatine

Techniques 3C / 5C

CFTR

Transcriptional regulation

Chromatin

3C / 5C methods

Résumé

Le gène CFTR (Cystic Fibrosis Transmembrane conductance Regulator) a été identifié en 1989. Vingt-cinq ans après, les mécanismes contrôlant sa fine expression, sont encore mal compris. Bien qu’environ 1980 mutations aient été découvertes, il reste des patients pour qui le génotype n’a pas été établi. Les éléments de régulation, décrits au sein du promoteur, ne peuvent à eux seuls expliquer cette complexe régulation tissu spécifique. Des éléments de régulation à distance, en cis ou en trans, sont certainement impliqués dans ce contrôle d’expression. L’objectif de ce projet est de mieux décrypter les mécanismes de régulation à distance du gène CFTR en identifiant des séquences régulatrices éloignées, mais pouvant, par des mécanismes de repliement, interagir spécifiquement avec celui-ci. Afin d’étudier ces contacts chromosomiques, nous avons, dans un premier temps, mis au point la technique de Capture de Conformation Chromosomique (3C). Suite à cette technique, nous sommes passés à une approche à plus grande échelle, la technique de Copie Conforme de 3C (5C), qui permet de mesurer des milliers d’interactions chromatiniennes en une analyse. L’organisation spatiale d’une région d’environ 790 kb recouvrant le gène CFTR, a été analysée dans des cultures primaires de cellules épithéliales nasales, exprimant le gène CFTR et des fibroblastes de peau, ne l’exprimant pas ou très peu. Les interactions entre les régions de ce locus et le promoteur CFTR ont été étudiées par séquençage nouvelle génération sur Ion PGM™. Nous avons comparé ces conformations chromatiniennes afin d’identifier des éléments de régulation spécifiques d’une expression de CFTR. Notre approche a été validée par l’identification de régions régulatrices précédemment décrites. De plus, nous avons mis en évidence de nouveaux contacts chromatiniens avec le promoteur CFTR. Ces régions semblent fortement impliquées dans la régulation de l’expression du gène CFTR. Grâce à la technique 3C et ses variantes, l’identification de nouvelles mutations à distance du gène pourraient expliquer des dérégulations de son expression.

The cystic fibrosis transmembrane conductance regulator (CFTR) gene was identified in 1989. Twenty five years later, the regulatory mechanisms controlling its complex expression are still not fully understood. Although, almost 1980 mutations have been identified, many cases of cystic fibrosis or CFTR Related Disorders remain still of unknown origin. The promoter which binds transcription factors and drives some aspects of CFTR gene expression, cannot alone account for tissue specific control. This implicates other distal cis- or trans-acting elements in cell-type-specific regulation of CFTR expression. The aim of our project is to study long-range regulatory elements of the CFTR gene, which could interact specifically with the CFTR promoter by tri-dimensional folding mechanism. We first developed the Chromosome Conformation Captures (3C) approach to map these chromosomal contacts. Subsequently, we enhanced our analyses with a high-throughput adaptation of 3C: the 3C-Carbon Copy (5C) technology. This approach allows the analysis of millions chromatin interactions. Thus, we have analyzed the spatial organization of a ～790kb region, comprising the CFTR gene, in primary nasal epithelial cells, which express the gene, and primary skin fibroblasts, which do not express the gene. Interactions between this locus and the CFTR promoter have been analysed by next generation sequencing with the Ion PGM™. We have compared chromatin conformation in order to identify uncharacterized regulatory elements that act especially in CFTR-expressing cells. Our approach has been validated by the identification of previously characterized regulatory elements. Moreover, we identify novel chromatin contacts of the CFTR promoter with chromosomal regions, which could potentially be involved in CFTR gene expression regulation. Thanks to 3C and 3C-derivated analyses, we could identify new possible mutations far from the gene, which may lead to its dysfunction by modifying the chromatin conformation or regulatory elements.