Etude des liens entre dérégulations du métabolisme et des marques épigénétiques dans la maladie de Huntington
Notre objectif est d’étudier les dérégulations épigénétiques dans la maladie de Huntington (HD). A l’aide de modèles souris, nous appréhenderons les liens entre altérations du métabolisme énergétique et défauts épigénétiques dans les neurones striataux, afin de mieux comprendre le mécanisme de vulnérabilité striatale dans la HD et de définir un nouveau cadre pour le développement de thérapies. Nous voulons obtenir des cartes détaillées des modifications post-traductionnelles (PTMs) des histones, en particulier des méthylations, de l'acétylation et de la lactylation récemment décrite. En effet, ces PTMs sont étroitement régulées par l'état métabolique des cellules. Nous utiliserons la protéomique qui est l'approche la mieux adaptée pour identifier et quantifier les multiples PTMs des protéines. Nous envisageons de travailler sur le striatum de souris WT, transgéniques R6/1 et du modèle plus progressif Q140 knock-in à différents stades de la maladie, afin de suivre l'évolution des PTMs d'histones et du métabolisme lors du vieillissement. En outre, pour obtenir une vision dynamique des liens entre les déséquilibres métaboliques et épigénétiques dans la maladie, nous injecterons du 13C-glucose par voie intrapéritonéale à des souris HD et contrôles, et nous analyserons l'incorporation du 13C dans les PTMs d'histones en fonction du temps. Enfin, il a été démontré que l'acétyl-CoA, le précurseur de l'acétylation des lysines des histones, est produit localement dans le noyau, par l'acétyl-CoA synthétase 2 (ACSS2), l'ATP-citrate lyase (ACLY) ou le complexe pyruvate déshydrogénase. Où et par quelles enzymes le lactate est produit reste une question ouverte. L'ACSS2 est un très bon candidat, car elle peut catalyser la production de molécules d'acyl-CoA à partir des acides gras correspondants. Pour appréhender la possible production de métabolites à proximité de la chromatine dans les cellules striatales, nous obtiendrons les distributions génomiques d'ACSS2 et d'ACLY par ChIPseq/CUT&tag et les comparerons aux distributions de marques d'histones acétylées et lactylées.
Vers une compréhension fine de la régulation de l’expression des gènes par l’acétylation et la lactylation des protéines histones
Dans les cellules eucaryotes, l’ADN s’enroule autour de protéines histones pour former la chromatine. La modification dynamique des histones par diverses structures chimiques permet de réguler finement l’expression des gènes. Des altérations dans ces mécanismes complexes de régulation sont à l’origine de nombreuses maladies. L’acétylation des lysines d’histones est connue pour induire l’expression des gènes. D’autres structures peuvent être ajoutées sur les histones, dont les effets sur la transcription restent largement à élucider. La plupart d’entre elles, comme la lactylation découverte en 2019, dépendent du métabolisme cellulaire. Nous avons commencé l’étude de la lactylation dans la spermatogenèse murine. Ce processus de différentiation cellulaire constitue en effet un modèle de choix pour étudier la régulation de la transcription, du fait de changements spectaculaires dans la composition de la chromatine et dans le programme d’expression génique. Nous avons généré de nouveaux profils épigénétiques consistant en la distribution sur le génome de marques acétylées et lactylées sur trois lysines de l’histone H3. L’objet de cette thèse est de contribuer au déchiffrage du « code histone », d’abord en étudiant le rôle des lactylations sur le programme transcriptionnel. Ensuite, la prédiction d'états chromatiniens sera raffinée en intégrant au sein de modèles de réseaux de neurones nos nouvelles données à l'ensemble des données épigénomiques existant aux deux stades cellulaires étudiés.
ROLE DE L'UNFOLDED PROTEIN RESPONSE DANS LE MAINTIEN DU STOCK DE CELLULES SOUCHES SPERMATOGONIALES CHEZ LA SOURIS ADULTE
Des conditions défavorables (stress oxydatif, déséquilibre des taux de lipides, de glucose ou de calcium, ou inflammation) provoquent l'accumulation de protéines anormales, induisant un stress du RE. L'Unfolded Protein Response (UPR) est activée pour restaurer l'homéostasie cellulaire, mais un stress sévère ou chronique entraîne la mort cellulaire par apoptose. Une dérégulation des voies de signalisation UPR favorise plusieurs maladies humaines (diabète, maladie de Parkinson, maladie d'Alzheimer, maladies du foie, cancer...), mais on ne sait rien de son rôle dans la stérilité de l'homme adulte.
La production de spermatozoïdes repose sur les cellules souches spermatogoniales (CSS) dont le stock est maintenu par autorenouvellement tout au long de la vie. Nous avons montré que l'activité clonogénique des CSS murines en culture est drastiquement réduite par induction de la différenciation cellulaire après induction d'un stress du RE. Un criblage HTS a identifié 2 des 3 branches UPR comme étant impliquées dans l'activité clonogénique des CSS de souris. Le rôle de ces 2 voies UPR sera étudié plus en détail afin de préciser si elles sont impliquées dans l'induction de mort cellulaire ou dans l'équilibre autorenouvellement/ différenciation. Dans les cultures de CSS de souris traitées, la mort cellulaire, le cycle cellulaire, l'induction de la différenciation et la synergie entre voies UPR seront analysés. L'effet de chaque voie étant médié par des facteurs transcriptionnels, les gènes cibles seront caractérisés par RNAseq afin d'identifier les réseaux géniques controlés par l'UPR impliqués dans le devenir des CSS. Pour la voie la plus pertinente, une étude in vivo permettra de confirmer le rôle du facteur UPR dans la fonction et le maintien des CSS.