Relations entre l'organisation 3D de la chromatine et la réponse aux dommages de l'ADN

Relationships between 3D chromatin organization and DNA damage response

• Auteur / Autrice : Xing Xing
• Direction : Moussa Benhamed
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Sciences végétales
• Date : Inscription en doctorat le 02/10/2023
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences du Végétal : du gène à l'écosystème
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : IPS2 - Institut de Sciences des Plantes de Paris-Saclay
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : IPS2
• Partenaire(s) de recherche : Référent : Faculté des sciences d'Orsay

Mots clés

Mots clés libres

Expression des gènes

Structure 3D de la chromatine

Réponse aux dommages de l'ADN

Gene expression

Chromatin 3D structure

Response to DNA damage

Résumé

Les plantes sont exposées à divers stress environnementaux qui déclenchent des changements moléculaires, modifiant leur transcriptome, épigénome et topologie de la chromatine. Ces modifications entraînent une reprogrammation transcriptionnelle, permettant des réponses physiologiques. Un stress fréquemment rencontré est celui des dommages à l'ADN, qui peut perturber la structure ou la séquence de l'ADN, conduisant à des mutations, à une instabilité génomique ou à la mort cellulaire. La chromatine, structure compacte et dynamique, s'organise de manière multi-échelle dans le noyau pour former une architecture 3D jouant un rôle clé dans les réponses au stress et la régulation des gènes. Cependant, l'impact des dommages à l'ADN sur l'organisation en 3D de la chromatine reste mal compris, en particulier chez les plantes. Notre projet vise à combler cette lacune en étudiant les impacts des dommages à l'ADN sur la structure de la chromatine en deux parties : la réparation de l'ADN et la réponse aux dommages de l'ADN (DDR). Pour la partie sur la réparation de l'ADN, nous utiliserons les endonucléases de restriction AsiSI pour induire des cassures double brin (DSB) spécifiques dans *Nicotiana benthamiana*, puis nous réaliserons des expériences de RNA-seq, ATAC-seq, Hi-C et ChIP-seq. Cette approche nous permettra d'explorer les changements dans l'expression génique, l'accessibilité de la chromatine, la réorganisation 3D de la chromatine et les modifications de la chromatine pendant la réparation. Pour la partie sur la réponse aux dommages de l'ADN, nous nous concentrons sur les changements d'accessibilité et d'organisation de la chromatine, qui entraînent des régulations transcriptionnelles dans la réponse aux dommages de l'ADN. Pour répondre à cette question, nous induirons des dommages à l'ADN en utilisant l'irradiation Gamma dans *Solanum lycopersicum* (tomate). Grâce aux analyses RNA-seq, ATAC-seq et Hi-C, nous explorerons les changements dans l'expression génique, la dynamique de l'accessibilité de la chromatine et la réorganisation 3D de la chromatine dans la DDR. En combinant ces approches, nous visons à déterminer si des éléments cis-régulateurs, tels que les enhancers, régulent des gènes clés impliqués dans la DDR et comment ces régulations se produisent dans la réponse aux dommages de l'ADN. Comme de nombreuses études l'ont rapporté, SOG1 (SUPPRESSOR OF GAMMA RADIATION 1), un facteur de transcription spécifique des plantes, joue un rôle clé dans la régulation de divers gènes cibles dans la réponse aux dommages de l'ADN. Nous réaliserons également un SOG1 DAP-seq pour explorer comment SOG1 modifie l'accessibilité de la chromatine et l'organisation de la chromatine en 3D dans la réponse aux dommages de l'ADN.

Plants encounter various environmental stresses that trigger molecular changes, altering their transcriptome, epigenome, and chromatin topology. These changes lead to transcriptional reprogramming, enabling physiological responses. One stress that is encountered frequently is DNA damage, which can disrupt the structure or sequence of DNA, leading to mutations, genomic instability, or cell death. Chromatin, a compact and dynamic structure, undergoes multiscale organization in the nucleus to form a 3D architecture that plays a key role in stress responses and gene regulation. However, how DNA damage impacts 3D chromatin organization remains poorly understood, particularly in plants. Our project addresses this gap by investigating the impacts of DNA damage on chromatin structure in two parts: DNA repair and DNA damage response (DDR). For DNA repair part, we will use the AsiSI restriction endonucleases to induce site-specific double strands break (DSB) in Nicotiana benthamiana, then RNA-seq, ATAC-seq, Hi-C, and ChIP-seq will be performed. By this approach, we can investigate changes in gene expression and chromatin accessibility, 3D chromatin reorganization and chromatin modifications during repair. For DNA damage response part, we focus on the changes on chromatin accessibility and organization, which lead the transcription regulations in DNA damage response. To address this question, we will induce DNA damage using Gamma irradiation in Solanum lycopersicum (tomato). Through RNA-seq, ATAC-seq, and Hi-C, we will explore gene expression changes, dynamics of chromatin accessibility, and 3D chromatin reorganization in DDR. By combining these approaches, we aim to determine whether cis-regulatory elements, such as enhancers, regulate key genes involved in DDR and how the regulations occur in DNA damage response. As many studies reported, SOG1 (SUPPRESSOR OF GAMMA RADIATION 1), the plant-specific transcription factor, plays a key role in regulation of a variety of target genes in DNA damage response. We will also conduct SOG1 DAP-seq to explore how SOG1 change chromatin accessibility and 3D chromatin organization in DNA damage response.