Impact d’une carence en vitamines B9 et B12 sur l’épitranscriptome m⁶A et la méthylation des protéines histones

Alterations of the m⁶A epitranscriptome and histones methylation following vitamins B9 and B12 deficiency

• Auteur / Autrice : Pauline Mosca
• Direction : Bruno Leheup, Natacha Dreumont
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la vie et de la santé
• Date : Soutenance le 29/01/2021
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale BioSE - Biologie, Santé, Environnement
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Nutrition - Génétique et Exposition aux Risques Environnementaux (Nancy)
• Jury : Président / Présidente : Jean-Yves Roignant
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Bruno Leheup, Natacha Dreumont, Pascale Romby, Nicolas Charlet-Berguerand, Isabelle Behm-Ansmant
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Pascale Romby, Nicolas Charlet-Berguerand

Mots clés

Mots clés contrôlés

Histones

Épigénétique

Adénosylméthionine

Carence en donneurs de méthyles

Mots clés libres

Vitamines B9/B12

SAM

Épigénétique

M⁶A

Histones

Vitamin B9/B12

SAM

Epigenetic

M⁶A

Histones

Résumé

Les vitamines B9 et B12 sont des micronutriments essentiels, notamment pour les fonctions neurales, qui sont apportées par l’alimentation, notamment par les légumes verts et l’alimentation d’origine animale respectivement. Une carence est fréquemment retrouvée chez la femme enceinte et les personnes âgées et est associée au développement de maladies neurodégénératives telles que les maladies d’Alzheimer et de Parkinson. Au niveau moléculaire, ces vitamines sont impliquées dans le métabolisme des monocarbones, responsable de la synthèse de S-adénosyl-méthionine (SAM). SAM est le donneur universel de groupements méthyles, requis pour la plupart des réactions de trans-méthylation et donc impliqué dans la plupart des mécanismes épigénétiques. Dans ce travail, nous avons étudié l’impact d’une carence en vitamines B9 et/ou B12 sur 2 modifications épigénétiques : la méthylation des ARNm m⁶A et la méthylation des protéines histones. Les m⁶A ont récemment été montrées comme étant des modifications prévalentes des ARNm. Elles sont notamment impliquées dans l’épissage et la traduction. Cette modification a un mécanisme de type writer/reader/eraser, similaire à la méthylation de l’ADN et des protéines histones. Ici, nous avons développé une première approche concernant la régulation de la méthylation m⁶A en cas de carence en B12. Une diminution du niveau de SAM ainsi qu’une perturbation du complexe writer et de l’eraser FTO semblent responsable d’une diminution de la méthylation globale m⁶A des ARNm. Nous avons également étudié quelques ARNm ayant un rôle dans les fonctions neurales et ciblés par les protéines reader à domaine YTH. Nous avons montré qu’un niveau altéré de m⁶A peut impacter l’expression de certains ARNm dans le cerveau et ainsi des protéines correspondantes, contribuant au phénotype observé lors d’une carence en B12. Nos résultats ont pu être reproduits dans un modèle de fibroblastes embryonnaires provenant de souris KO pour le récepteur à la B12 CD320. Dans la deuxième partie de ce travail, nous avons étudié la méthylation des histones dans un modèle de rats ayant subi une carence précoce en donneurs de méthyles. Nous avons montré une altération de certaines marques méthyles des protéines histones H3 et H4. Des modifications d’expression d’un cluster de miR pourraient être à l’origine de ces changements dans les marques histones et contribuer à un phénotype moins marqué suite la carence chez les mâles.

Vitamin B9 and B12 are essential micronutrients, notably for brain function, that are brought from green vegetables and animal food respectively. Vitamin B9 and B12 deficiencies are frequent in pregnant women and elderly people. A deficiency is associated with neurological troubles and notably Parkinson’s and Alzheimer’s diseases. At the molecular level, those vitamins are involved in the one carbon metabolism, responsible for the synthesis of S-adenosyl-methionine (SAM). SAM is the universal methyl donor required for almost all the transmethylation reactions, involved in epigenetic regulations. In this work, we propose to investigate 2 different epigenetic modifications: the m⁶A mRNA methylation and histone methylation. m⁶A has recently been shown to be a prevalent mRNA modification. It is notably involved in splicing, translation and miRNA processing. This modification has a mechanism akin to DNA and histone methylations, with a Writer/Reader/Eraser involvement. Here, we developed a first approach to study the m⁶A level depending on B12 availability. A decrease in SAM level resulting from vitamin B12 deficiency was associated with a global decrease of m⁶A level in mRNAs. This was also potentially mediated by a deregulation of the writer complex and an overexpression of the eraser FTO. We further investigated some mRNAs with a role in neurological functions and targeted by YTH reader proteins. Altered m⁶A level could impact mRNA processing in the brain and therefore protein expression, contributing to the neurological phenotype observed following vitamin B12 deficiency. Our results have been confirmed in mice embryonic fibroblasts coming from Cd320-/- mice, CD320 being the receptor for vitamin B12 in the brain. Concerning the histone methylation, we investigated several histone methylation marks in methyl donor deficient rats. We observed a dysregulation of the histone methylation machinery, with an interplay of a cluster of miR. Based on our results, we propose a model explaining how males are less affected by vitamin B9 and B12 deficiency than females, with a strong involvement of epigenetic marks.