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Crise du centromère, réponse à l'aneuploïdie et vieillissement

La ségrégation et l'héritage corrects des chromosomes sont essentiels à l'homéostasie cellulaire. Les erreurs commises pendant la division cellulaire entraînent un déséquilibre du caryotype (aneuploïdie), ainsi qu'une inflammation et une transformation cellulaires. En réponse à l'aneuploïdie, les cellules activent le gène suppresseur de tumeur p53 qui, à son tour, arrête la prolifération et favorise l'apoptose ou la sénescence. L'absence d'élimination des cellules ayant reçu un caryotype anormal conduit à des états pathologiques. L'identité des mécanismes moléculaires qui détectent l'aneuploïdie fait encore l'objet de débats.

Une aneuploïdie accrue est associée au vieillissement dans la plupart des tissus, y compris dans les cellules du système immunitaire (vieillissement immunitaire), où elle se caractérise par l'accumulation de cellules dysfonctionnelles et peu réactives. Chez l'homme, l'une des aneuploïdies les plus fréquentes associées à l'âge est la perte en mosaïque du chromosome Y (LOY) chez les mâles1. La raison de cette augmentation de la mauvaise ségrégation des chromosomes Y au cours du vieillissement n'est toujours pas claire.

Images of distorted cells following chromosome mis-segregation

Les centromères sont un élément clé dans la prévention de l'aneuploïdie2 et le nombre de caractéristiques centromériques influence la fidélité de ségrégation spécifique des chromosomes3. Nous avons montré qu'un sous-ensemble de lymphocytes au repos présente une composition altérée des centromères4, ce qui suggère que le remodelage des centromères est un processus régulé au cours de la vie des lymphocytes, qui pourrait contribuer à la LOY et au vieillissement.

Figure. Les images montrent des cellules RPE-1 colorées avec LaminB1 (magenta) et Lamin A/C (jaune) suite au dysfonctionnement du centromère par l'élimination de CENP-C.

En collaboration avec l'équipe de Nicolas Manel (I. Curie), nos objectifs sont maintenant de :

1) révéler un nouveau lien de causalité entre le dysfonctionnement des centromères, la mauvaise ségrégation des chromosomes (y compris les causes de LOY) et la réponse à l'aneuploïdie/la sénescence cellulaire ;

2) découvrir l'origine et l'impact fonctionnel des centromères altérés dans une fraction des cellules immunitaires humaines.

 

Parmi les nombreux outils que nous utilisons, nous exploiterons la micro-manipulation mécanique d'un locus chromosomique ciblé dans le noyau d'une cellule vivante que nous avons récemment développée (vidéo)5. Cette technique, développée en collaboration avec le laboratoire d'Antoine Coulon (I. Curie), et initialement imaginée par Maxime Dahan, est basée sur les nanotechnologies magnétiques et la microfabrication. Notre objectif est d'utiliser cet outil unique pour sonder la mécanique des centromères dans des cellules vivantes et d'évaluer les conséquences d'une organisation mitotique perturbée de manière spécifique aux chromosomes.

Cartoon representing the strategy of the experiment
Pulling of a genomic locus in living cells

 

 

Film. Microscopie à intervalles réguliers (vitesse de lecture ~1000x) d'une cellule avec 30' de traction puis de relâchement. L'ADN est marqué avec SiR-DNA et le locus tiré est montré en vert (lié par GFP-ferritine).  Un schéma de la stratégie est également montré.

Bibliographie

  1. Guo, X. et al. Mosaic Loss of Human Y Chromosome: What, How and Why. Hum. Genet. 2020.
  2. Mellone, B* and Fachinetti, D*. (*Co-corresponding authors). Diverse mechanisms of centromere specification. (2021) Curr Biol. Nov 22;31(22):R1491-R1504. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/34813757/
  3. Dumont and Fachinetti. Centromere strength: just a sense of proportion (2020) Perspective, Molecular & Cellular Oncology 7:4, 1742063. https://pubmed-ncbi-nlm-nih-gov.insb.bib.cnrs.fr/32944612/
  4. Hoffmann, S., Izquierdo, H., Gamba, R., Chardon, F., Keizer, V., Dumont, M., Herve, S., McNulty, S., Sullivan B., Manel, N. and Fachinetti, D. A genetic memory initiates the epigenetic loop necessary to preserve centromere position. (2020) EMBO Journal, Sep 18:e105505. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/32945564/
  5. Keizer, V., Grosse-Holz, S., Woringer, M., Zambon, L., Aizel, K., Bongaerts, M., Kolar-Znika, L., Scolari, V.,  Hoffmann, S., Banigan, E., Mirny, L.A., Dahan, M., Fachinetti, D.* and Coulon, A. * (*Co-corresponding authors). Live-cell micromanipulation of a genomic locus reveals interphase chromatin mechanics. bioRxiv 2021.04.20.439763; doi: https://doi.org/10.1101/2021.04.20.439763