Vers l’épigénomique comparative chez les hominidés : une étude de la détection de la méthylation de l’ADN dans des os anciens d’homme et de chimpanzé

Towards comparative epigenomics in hominids : a study of DNA methylation detection in ancient human and chimp bones

• Auteur / Autrice : Giulia Lizzo
• Direction : Thierry Grange
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physiologie et biologie des organismes, populations, interactions. Génomes, épigénomes, destin cellulaire
• Date : Soutenance le 18/10/2016
• Etablissement(s) : Sorbonne Paris Cité
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Bio Sorbonne Paris Cité (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Jacques Monod (Paris ; 1997-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation : Université Paris Diderot - Paris 7 (1970-2019)
• Jury : Président / Présidente : Anne Plessis
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Thierry Grange, Anne Plessis, Hadi Quesneville, Robert Feil, Olivier Kirsh, Jörg Tost
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Hadi Quesneville, Robert Feil

Mots clés

Mots clés contrôlés

Paléontologie

méthodes

Analyse de séquence d'ADN

Méthylation de l'ADN

Chimpanzés

Os

ADN fossile

Homme -- Évolution

Mots clés libres

Paléoépigénomique

Paleoepigenomics

Résumé

Les modifications épigénétiques sont des modulateurs importants de l'expression des gènes qui peuvent être associés à des changements phénotypiques et utilisés pour suivre l'évolution des éléments cis-régulateurs. Parmi les différents types de marqueurs épigénétiques, la méthylation de l'ADN est conservée dans le temps et peut être mesurée dans des échantillons anciens. Nous visons à réaliser une étude comparative approfondie de l'évolution de la méthylation de l'ADN dans les tissus minéralisés de la lignée des hominidés. Nous établissons ainsi des cartes de méthylation évolutives de référence en utilisant des échantillons post-mortem d'os humains et de chimpanzés, datés jusqu'à 110 ans, pour s'assurer qu'ils ont subi des transformations diagénétiques suffisantes pour imiter la situation taphonomique rencontrée dans les os anciens. En outre, cette étude inclut différents types d'os afin de réduire le bruit dû à la variabilité inter-osseuse. Différentes approches de cartographie de la méthylation ont été utilisées pour identifier celles qui conviennent le mieux à ces échantillons. Le séquençage au bisulfite des génomes entiers (BS) ou la représentation réduite BS (RRBS) ne sont pas appropriés pour les échantillons anciens en raison de la présence fréquente d'un excès important d'ADN environnemental. Nous avons donc exploré à la fois du BS ciblée par Bisulfite Patch-PCR, et une méthode haut-débit d'enrichissement de la fraction méthylée (MBD-seq). Les deux techniques nécessitent des adaptations aux caractéristiques des échantillons anciens, y compris une faible quantité d'ADN endogène, une contamination élevée de l'ADN environnemental et une fragmentation de l'ADN. Les résultats obtenus illustrent les forces et les inconvénients des stratégies choisies pour les échantillons anciens

Epigenetic modifications are important modulators of gene expression that can be associated to phenotypic changes and used to track the evolution of cis-regulatory elements. Among the different types of epigenetic marker, DNA methylation is conserved over time and can be measured in ancient samples. We aim at performing an in-depth comparative study of the evolution of DNA methylation patterns in mineralized tissues of the hominine lineage. We are thus establishing reference evolutionary methylation maps using post-mortem samples of human and chimpanzee bones up to 110 years old, to ensure that they have experienced sufficient diagenetic transformations to mimic the taphonomic situation encountered in ancient bones. Furthermore, this study includes different types of bones in order to reduce noise due to inter-bone variability. Different methylation mapping approaches were used to identify those best suited to such samples. Whole genome bisulfite sequencing (BS) or reduced representation BS (RRBS) are not suitable for ancient samples due to the frequent presence of a vast excess of environmental DNA. We thus explored both high-throughput targeted BS using Bisulfite Patch-PCR, and a methylation-based enrichment method (MBD-seq). Both techniques require adaptations to ancient sample characteristics, including low quantity of endogenous DNA, high environmental DNA contamination and DNA fragmentation. The results obtained illustrate strengths and drawbacks of the chosen strategies for ancient samples