Caractérisation de nouveaux acteurs de la maintenance de la méthylation chez Arabidopsis thaliana

Characterization of new actors of DNA methylation maintenance in Arabidopsis thaliana

• Auteur / Autrice : Marion Larue
• Direction : Mathias Lorieux
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : BIDAP-Biologie et Amélioration des plantes
• Date : Inscription en doctorat le 03/10/2022
• Etablissement(s) : Université de Montpellier (2022-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale GAIA Biodiversité, agriculture, alimentation, environnement, terre, eau (Montpellier ; 2015-...)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : DIADE - Diversité, Adaptation et DEveloppement des plantes
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Anthropisation de DYNAmique de la DIVersité Génétiques des Plantes

Mots clés

Mots clés libres

Imagerie en temps réel

Arabidopsis

Epigénétique

Senseurs

Méthylation de l'ADN

Epigenetics

Live imaging

DNA methylation maintenance

Sensors

Arabidopis

Résumé

La méthylation des cytosines est une marque épigénétique principalement détectée au niveau des séquences CG de la majorité des génomes eucaryotes où elle joue un rôle clé dans la stabilité des génomes et dans l'expression des gènes (1-4). Une fois mise en place par des enzymes de méthylation de novo, la méthylation CG (mCG) est présente de manière symétrique sur les 2 brins d'ADN. Après réplication de l'ADN, les brins parentaux méthylés et les brins filles (nouvellement synthéthisés) non méthylés créent une asymétrie de méthylation CG ou de l'ADN hémiméthylé. Chez les mammifères la restauration de la méthylation CG symétrique requiert 2 acteurs clés : l'ADN méthyl-transférase DNMT1 et son cofacteur UHRF1 (2). Au travers de plusieurs mécanismes finement régulés (5), ce tandem est spécifiquement recruté après réplication de l'ADN aux sites d'ADN hémiméthylés afin de rétablir la méthylation CG symétrique et donc de transmettre le patron de méthylation parental. Des homologues bien conservés de DNMT1 et UHRF1 appelés respectivement MET1 et VIM sont présents dans les génomes de plantes. Bien que des mutations dans les gènes MET1 ou VIM conduisent à une perte globale de la méthylation CG comme observé chez les mammifères (6-10), encore peu de données sont disponibles chez les plantes pour savoir si des mécanismes moléculaires comparables aux animaux ont été conservées au cours de l'évolution (2, 11). Les objectifs du projet sont d'utiliser la plante modèle Arabidopis thaliana pour 1/ décrire la dynamique de la maintenance de la méthylation CG après réplication de l'ADN par des approches microscopiques confocales et à super-résolution en s'appuyant sur des senseurs de méthylation (Ingouff et al., 2017) et d'hémiméthylation (non publiés) spécifiques des sites CG et des lignées rapporteurs des acteurs clés de la maintenance de la méthylation CG. 2/ identifier de nouveaux acteurs de la maintenance de la méthylation CG par des approches d'interactomique (double hybride, immunoprécipitation couplée à de la spectrométrie de masse) et caractériser leur rôle dans ce processus. A terme, ce projet apportera une meilleure compréhension des mécanismes impliqués dans la transmission de cette marque épigénétique chez les plantes et d'évaluer leurs similitudes avec ceux déjà décrits chez les mammifères.

Cytosine methylation is an epigenetic mark primarily detected at the CG sequences of the majority of eukaryotic genomes where it plays a key role in genome stability and gene expression (1-4). Once established by de novo methylation enzymes, CG methylation (mCG) is present symmetrically on both DNA strands. After DNA replication, the methylated parental strands and the unmethylated (newly synthesized) daughter strands create CG methylation asymmetry or hemimethylated DNA. In mammals, restoration of symmetrical CG methylation requires two key players: the DNA methyltransferase DNMT1 and its cofactor UHRF1 (2). Through several finely regulated mechanisms (5), this tandem is specifically recruited after DNA replication to hemimethylated DNA sites to restore symmetric CG methylation and thus transmit the parental methylation pattern. Well-conserved homologs of DNMT1 and UHRF1 called MET1 and VIM, respectively, are present in plant genomes. Although mutations in MET1 or VIM genes lead to a global loss of CG methylation as observed in mammals (6-10), still little data are available in plants on whether molecular mechanisms comparable to animals have been conserved during evolution (2, 11). The objectives of the project are to use the model plant Arabidopis thaliana to 1/ describe the dynamics of CG methylation maintenance after DNA replication using confocal and super-resolution microscopic approaches based on CG site-specific methylation (Ingouff et al., 2017) and hemimethylation (unpublished) sensors and reporters of key players in CG methylation maintenance 2/ identify new actors of CG methylation maintenance by interactomics approaches (two-hybrid, immunoprecipitation coupled to mass spectrometry) and characterize their role in this process. Ultimately, this project will provide a better understanding of the mechanisms involved in the transmission of this epigenetic mark in plants and evaluate their similarities with those already described in mammals.