L'architecture nucléaire des cellules sous compression à haute résolution

Nuclear Architecture in Compressed Cells at high resolution

• Auteur / Autrice : Enora Corsin Salussolia
• Direction : Judith Mine-hattab
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Génétique et génomique
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2023
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Complexité du vivant (Paris ; 2009-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Biologie Computationnelle, Quantitative et Synthétique (Paris ; 2011-....)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Functional Imaging Of Nuclear Architecture-FIONA

Mots clés

Mots clés libres

Organisation nucléaire

Intégrité du génome

Super résolution

Nuclear organization

Genome integrity

Super resolution

Résumé

L'architecture nucléaire est un critère déterminant pour les fonctions essentielles de la cellule. La plupart des études qui s'intéressent à l'organisation nucléaire sont menées sur des cellules en phase exponentielle de croissance. Les cellules sont observées dans un environnement laissant place à leur prolifération, où elles ne subissent aucun stress particulier. Seulement, dans la nature, les cellules sont parfois amenées à évoluer dans un milieu confiné et développent alors un stress mécanique. Malgré leur importance biologique, les contraintes mécaniques de compression ont été beaucoup moins étudiées que d'autres types de contraintes. Il existe donc un réel besoin d'étudier comment la dynamique du noyau est modifiée dans des cellules confinées et comment ces changements peuvent affecter les fonctions biologiques fondamentales. Nous allons donc étudier comment l'organisation de la chromatine et la diffusion moléculaire sont modifiées dans des cellules sous compression, et quelles sont les conséquences de cette compression sur l'intégrité du génome. Pour cela, nous allons combiner la microscopie à molécule unique avec un système microfluidique pour étudier des cellules de levure S. cerevisiae et des cellules humaines. Tout d'abord, nous étudierons comment la compression altère l'organisation dynamique du génome et nous examinerons comment la diffusion et la compaction de la chromatine sont corrélées avec la compaction cellulaire. Nous utiliserons une approche multi-échelles, allant des histones individuelles jusqu'au chromosome entier, en passant par les loci génomiques, pour nous donner une nouvelle vision de la manière dont la compression modifie l'architecture nucléaire. Deuxièmement, nous étudierons comment la compression affecte la réparation des cassures double brin (DSB). En particulier, nous testerons si la compression peut induire des DSB, comment les changements dans la densité moléculaire et la diffusion affectent la cinétique de la réparation des DSB et quelle est la nature physique des foyers de réparation (séparation de phase liquide-liquide). Nos résultats apporteront de nouvelles connaissances sur le fonctionnement de la réparation de l'ADN dans les cellules compressées.

Nuclear architecture is an important determinant for essential cell functions. Most of the studies addressing nuclear organization have been conducted in exponentially growing cells observed as a monolayer with no particular stress. In contrast, under natural conditions, cells often proliferate in a confined environment or undergo mechanical stresses. Despite their biological importance, compressive mechanical stresses have been much less explored than other types of mechanical stresses, owing in part to the technical challenges of compressing cells. How the dynamic organization of the nucleus is modified in cells under compressive stress and how it affects essential functions of the genome remains poorly understood. Here, we propose to investigate how chromatin organization and molecular diffusion are modified in cells under compression, and what are the consequences of compression on genome integrity. For that, we will set up an interdisciplinary and innovative framework combining single molecule imaging and cutting edge microfluidic in S. cerevisiae yeast and in human cells. First, we will investigate how compression alters the dynamic organization of the genome and address how chromatin diffusion and compaction correlates with cell compaction. We will use a multi-scales approach from the level of individual histones, genomic loci all the way to the whole chromosome to give us a new picture of how compression modifies nuclear architecture. Second, we will address how compression affects Double Strand Break (DSB) repair. In particular, we will test if compression can induce DSB per se, how changes in molecular crowding and diffusion affect the kinetics of DSB repair and what is the physical nature of repair foci (liquid-liquid phase separation). Our results will give new mechanistic insights into the functioning of DNA repair in compressed cells.