Rôle des structures secondaires de l’ADN dans l’organisation et l'expression du génome.

Role of secondary structures of DNA in genome organisation

• Auteur / Autrice : Talha Magat
• Direction : Jean-Christophe Andrau
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Biologie Santé
• Date : Inscription en doctorat le ; Soutenance le 07/12/2023
• Etablissement(s) : Université de Montpellier (2022-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences Chimiques et Biologiques pour la Santé (Montpellier ; Ecole Doctorale ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : IGMM - Institut de Génétique Moléculaire de Montpellier
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Transcription et epigénomique dans les cellules T
• Jury : Président / Présidente : Anne-marie Martinez
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Christophe Andrau, David Monchaud, Raphael Margueron, Katrin Paeschke
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : David Monchaud, Raphael Margueron

Mots clés

Mots clés libres

Organisation du génome

Structures secondaires de l’ADN

Épigénétique

Insulation

G- quadruplex

Transcription

Genome organisation

Secondary structures of DNA

Epigenetic

Insulation

G quadruplex

Trancription

Résumé

Les G-quadruplexes (G4s) sont des structures secondaires dynamiques d'ADN simple brin, riches en G, qui sont très bien caractérisées in vitro. Jusqu'à récemment cependant, peu de preuves indiquaient leur existence et leur rôle dans le contexte génomique in vivo. Des progrès récents indiquent qu'ils pourraient être impliqués dans des processus nucléaires essentiels tels que la réplication ou la transcription. De plus, des analyses in silico ont révélé que les séquences qui ont le potentiel de former des G4s ne sont pas réparties au hasard dans le génome. Notamment, elles sont enrichies au niveau des promoteurs de gènes et des origines de réplication, ou des zones d’insulation. Les G4s présentent également un intérêt thérapeutique puisque présents dans les promoteurs des gènes et représentent un fort potentiel de ciblage1. Cependant, les études déjà réalisées souffrent d’un manque d’outils pour cartographier les G4s réellement formés dans la cellule et de la compréhension du mécanisme d’action réel des ligands dans le contexte du génome. Nous avons développé ‘G4access’, une nouvelle technique couplée au séquençage haut-débit permettant de cartographier in vivo les G4s dans les régions ouvertes de la chromatine. Les analyses et observations extraites des données G4access nous ont permis de tirer des conclusions fortes et d’émettre d’importantes hypothèses de travail. a. Les G4s sont des éléments promoteurs associés à l’ouverture de la chromatine et à la transcription. b. Les G4s sont antagoniste de la méthylation de l’ADN qui se produit dans le cadre de l’allèle inactif pour le contrôle des gènes soumis à l’empreinte parentale. Succinctement, Le projet englobe tous ces éléments ainsi que le développement et l’amélioration du G4access.

G-quadruplexes (G4s) are single-stranded and dynamic DNA secondary structures, which are well characterized in vitro through various biophysical approaches such as circular dichroism. Until recently however, little evidence indicated their existence and role in the context of genomic DNA in vivo. Recent progresses indicate that they might indeed be involved in essential nuclear processes such as replication or transcription and that the sequences supporting their formation are over-enriched at double-strand breaks of DNA. Furthermore, in vitro based in silico analyses revealed that guanine enriched sequences that have the potential to form G4 structures are not randomly distributed over the genome. Notably, they are over-enriched at promoters, replication origins or insulating regions. G4s are also of therapeutic interest since they are present in the promoters of genes and represent a strong targeting potential. However, already carried out studies are suffering from a lack of genomic tools to map actually formed G4s in the cellular context and of to the understanding of behavior of G4s ligands in the genomic context. In the lab we are developing the G4access, a new technique coupled to high-throughput sequencing that allows for in vivo mapping of G4s forming sequences in open chromatin regions. The analyzes and observations extracted from the G4access data allowed us to draw strong conclusions and to make important working hypotheses. a. G4s are promoter elements associated with chromatin opening and transcription. b. G4s antagonize DNA methylation that occurs at inactive allele of imprinting control regions of genes subjected to parental imprinting. Briefly, the project encompasses studies of these elements, as well as the improvement of G4access.