Compartimentation et dynamique des fonctions nucléaires

L'organisation tridimensionnelle du génome est clairement liée à sa fonction car elle varie au cours du cycle cellulaire et lors de la différenciation chez les métazoaires.

Cependant, la relation causale entre l'organisation nucléaire et les fonctions du noyau reste souvent très évasive. La levure bourgeonnante s'est avérée être un excellent modèle pour tester le rôle fonctionnel de l'organisation de la chromatine d'ordre supérieur. Des études approfondies au cours des deux dernières décennies ont révélé une organisation dynamique mais bien définie du génome de la levure, qui a un impact sur l'expression des gènes et la stabilité du génome via des mécanismes encore mal compris (Taddei et al, 2012 ; Miné-Hattab et Taddei 2019) .

En utilisant ce modèle, nous posons trois questions principales :

1. Comment l'organisation nucléaire affecte-t-elle deux fonctions essentielles du génome : l'expression des gènes et le maintien de l'intégrité du génome ?

2. Qu'est-ce qui détermine le comportement spatial et temporel de la chromatine ?

3. Quelle est la nature physique des compartiments sous-nucléaires ?

L'une des principales caractéristiques de l'organisation nucléaire est l'existence de compartiments sous-nucléaires qui ne sont pas entourés d'une membrane mais concentrent pourtant des facteurs spécifiques formant un micro-environnement qui favorise ou entrave certaines activités. Décrypter comment de tels micro-environnements se forment malgré l'absence de barrière physique pour les délimiter, et ce qui régule leur dynamique en relation avec les modifications de l'activité du génome est une étape clé pour comprendre comment l'organisation nucléaire participe au fonctionnement nucléaire.

Pour répondre à cette question, nous nous intéressons à deux types de compartiments sous-nucléaires : les foyers de répression transcriptionnelle (silencing), correspondant aux régions réprimées par la chromatine et ii) les foyers de réparation, formés au site d'une cassure double brin de l'ADN.

À l'aide de techniques de microscopie super-résolution et d'approches en molécules uniques (PALM : microscopie de localisation photo-activable et suivi de particules uniques), nous étudions la dynamique et la structure de la chromatine et des facteurs télomériques. En combinant ces données expérimentales avec des approches d'analyse statistique et de modélisation (en collaboration avec Aleksandra Walczak et Thierry Mora, ENS Paris), nous visons à décrypter les mécanismes physiques à l'origine de la formation et du maintien de ces compartiments sous-nucléaires (Heltberg et al., 2021 ; Miné-Hattab et al., 2021).

Combinant génétique, microscopie quantitative et analyses de chromatine à l'échelle du génome (HiC, ChIP seq, RNA seq, etc.), nous étudions les déterminants physiques et moléculaires sous-jacents à l'organisation spatiale du génome (Hocher et al., 2018 ; Hozé et al. , 2013 ; Ruault et al., 2011, 2021) ; et sa dynamique suite à des stress génotoxiques (voir projet 2 : réparation de l'ADN), ou lors de transitions métaboliques. En particulier, nous nous intéressons aux transitions vers la quiescence et le retour à la croissance ((Guidi et al., 2015) projet 3).

Pour tester directement l'impact de l'organisation nucléaire sur l'expression des gènes et la stabilité du génome nous développons des outils de manipulation de l'organisation nucléaire (Batté et al., 2017 ; Dubarry et al., 2011 ; Hocher et al., 2018 ; Loïodice et al., 2014 ).

Comme l'analyse de la biologie des chromosomes de levure a souvent été prédictive des mécanismes influençant les processus essentiels chez différentes espèces, nous prévoyons que des principes de base émergeront de nos études avec des implications pertinentes pour d'autres organismes.