Les télomères sont des structures nucléoprotéiques à l’extrémité des chromosomes qui préservent la stabilité et la fonction du génome. La biologie des télomères est en étroite connexion avec la sénescence des cellules, la biologie des cellules souches et le développement du cancer.

L’équipe étudie dans des modèles de levure les mécanismes qui maintiennent la longueur des télomères,  la réplication des télomères, et les réponses cellulaires à l’érosion des télomères. Nos travaux se concentrent notamment sur la relocalisation des télomères érodés au Pore Nucléaire pendant la sénescence réplicative et les conséquences fonctionnelles de cette relocalisation. Nous étudions également les mécanismes de maintenance des télomères pendant la quiescence chez la levure S. pombe.

L’équipe participe à plusieurs programmes de lutte contre le cancer. En particulier, nous étudions le mécanisme de l’allongement alternatif des télomères (ALT) dans les tumeurs d’origine mésenchymateuse dépourvues de mutations ATRX.

Au cours des dernières années, nous avons caractérisé un nouveau modèle de souris (appelé p21+/mTERT ) dans lequel la télomérase (Tert) est exprimé à partir du promoteur activé en réponse à un dysfonctionnement des télomères. Nos résultats récents indiquent que la sénescence cellulaire dans les cellules pulmonaires ainsi que l’emphysème pulmonaire survenant chez les souris âgées sont tous les deux supprimés chez ces souris. La protection contre l’emphysème chez les souris âgées p21+/mTERT est associée à une prolifération accrue des cellules endothéliales pulmonaires et dépend de l’activité catalytique de Tert. Nous étudions comment l’expression de la télomérase dépendante de p21 est capable de mobiliser des cellules souches/progénitrices des poumons afin de comprendre le mécanisme par lequel l’expression de la télomérase peut prévenir l’emphysème chez les souris âgées.

Notre équipe est aussi engagée dans un programme international (e-Rare) visant à comprendre les mécanismes d’instabilité des répétitions GGGGCC dans le gène C9orf72 dont l’amplification joue un rôle dans le développement de la sclérose latérale amyotrophique.

TELOMERES
LA RÉGULATION TEMPORELLE ET SPATIALE DES VOIES DES FOURCHES DE REPARATION TÉLOMÉRIQUES

Les complexes de pores nucléaires (CPN) sont composés de 30 nucléoporines individuelles pour former des structures macromoléculaires hautement conservées dans l'enveloppe nucléaire. Sa fonction principale est le transport nucléo-cytoplasmique et l'exportation de l'ARN, mais plusieurs nucléoporines individuelles ont été impliquées dans la réparation de l'ADN. Les lésions de l'ADN difficiles à réparer, notamment les cassures doubles brins (DSB), les télomères érodés ainsi que les fourches de réplication se déplacent vers le NPC où d'autres voies de réparation ont lieu. Nous étudions dans la levure comment les télomères érodés et les fourches de réplication bloquées au niveau des répétitions de télomères sont traités ainsi que l'implication du NPC dans la réparation des télomères et du redémarrage des fourches.

LES SOURIS p21-mTERT KNOCK-IN : UN MODÈLE IN VIVO DE POUR EVITER LA SENESCENCE

Un régulateur clé de l'arrêt cellulaire en réponse au raccourcissement des télomères et aux dommages causés à l'ADN est l'inhibiteur de kinase p21 dépendant de la cycline. On pense que la régulation de la p21 dépendante de la p53 est le principal événement induisant la sénescence réplicative. Nous nous sommes demandés si le vieillissement pouvait être retardé par la suppression du raccourcissement des télomères dans les cellules sénescentes en exprimant la télomérase "seulement quand elle est requise" et quelles seraient les conséquences de cette expression ectopique conditionnelle de la télomérase. En effet, des études antérieures ont révélé que la surexpression de la télomérase favorise la prolifération et l'inflammation des cellules indépendamment de son activité au niveau des télomères. À cette fin, nous avons créé un modèle de souris knock-in dans lequel une cassette codant pour mCherry-2A-mTert (télomérase) a été insérée après le premier exon de p21 (souris p21-mTert). Alors que l'expression de la télomérase induite par p21 supprime la sénescence dans plusieurs tissus, nous avons observé des phénotypes inattendus associés à cette expression ectopique de la télomérase. Notre projet vise à comprendre comment l'expression de la télomérase induite par p21 favorise en même temps l'échappement de la sénescence et dérégule les voies de signalisation et métaboliques.

LE MECANISME ALT (ALTERNATIVE LENGTHENING OF TELOMERES) DANS LES OSTÉOSARCOMES

Les ostéosarcomes sont des tumeurs osseuses très agressives qui apparaissent principalement chez les enfants et les adolescents. Génétiquement, ils sont caractérisés par des aberrations structurelles et numériques complexes. Les ostéosarcomes sont connus pour présenter une fréquence élevée d'activation du ALT (Alternative Lengthening of Telomeres). Des études antérieures ont montré que la mutation du gène ATRX et/ou la perte d'expression de la protéine n'est détectable que dans 30 % d'entre eux. Cet écart entre un niveau élevé du ALT et une faible proportion d'inactivation de l'ATRX nous a conduit à l'hypothèse que l'inhibition du ALT par l'ATRX pourrait être annulée dans certaines conditions. Nous étudions les mécanismes concernant les ostéosarcomes du ALT.

MECANISMES DE MAINTIEN DES TELOMERES
MAINTIEN DES TÉLOMÈRES DANS LES CELLULES DE LEVURE S. POMBE EN QUIESCENCE (GROUPE DE S. COULON )

La levure Schizosaccharomyces pombe est un excellent modèle de quiescence cellulaire. En effet, S. pombe peut être maintenue expérimentalement pendant des semaines en quiescence en l'absence d'azote. Nous avons saisi cette occasion pour étudier le mécanisme par lequel les télomères sont maintenus en quiescence. En effet, bien que le maintien des télomères ait été largement étudié dans la cellule en cycle, de rares études ont été entreprises dans les cellules au repos. Dans ce contexte, nous étudions la stabilité des télomères dans les cellules quiescentes, en particulier le devenir des télomères courts dans les cellules quiescentes en présence et en absence de télomérase. Nous caractérisons les mécanismes de réparation et d'élongation des télomères courts qui sont spécifiques aux cellules post-mitotiques.

CHROMATINE
LES DIFFERENTES FACETTES DE SET1

En même temps que le groupe de Loraine Pillus (UCSD), nous avons identifié SET1 comme le gène de Saccharomyces cerevisiae codant pour la levure la plus proche des protéines du domaine SET des organismes multicellulaires. La suppression de SET1 a agit sur la position des télomères, a entraîné un léger raccourcissement des télomères et a augmenté la viabilité des mutants après dommage de l'ADN. Quelques années plus tard, plusieurs autres équipes ont découvert que SET1 était la sous-unité catalytique d'un complexe protéique appelé Set1C ou COMPASS (pour Complex of Proteins Associated with Set1) qui assure la médiation de la méthylation de H3 à la lysine 4 (H3K4). Nous avons ensuite eu une contribution importante en collaboration avec l'équipe de Francis Stewart pour définir comment chaque sous-unité de Set1C était liée à la plate-forme d'arrimage faite par la sous-unité catalytique Set1. D'autres groupes ainsi que le notre avons montré que la perte de sous-unités individuelles de Set1C affecte différemment la stabilité de Set1, l'intégrité complexe, les modèles globaux de méthylation de H3K4, et la méthylation de H3K4 le long des gènes actifs.

Après avoir caractérisé les motifs de reconnaissance de l'ARN de Set1, nous avons découvert, en collaboration avec Jaehoon Kim et Domenico Libri, que Set1 se lie directement à l'ARN in vitro et in vivo. Nous avons découvert que la liaison de Set1 aux néo transcrits est importante pour définir la topologie appropriée de la distribution de Set1C le long des unités de transcription et qu'elle est corrélée avec le dépôt efficace de la marque H3K4me3. Nous avons également montré, en collaboration avec Frank Holstege, que la perte de triméthylation de H3K4 n'avait en soi que peu d'effet sur les niveaux d'expression de l'ARNm et que la perte combinée de H3K4me3 et de H3K4me2 entraîne une régulation positive d'un groupe de gènes associés à la répression de la transcription antisens à l'extrémité 3' médiée par Set1.

Il y a 15 ans, nous avons démontré que l'inactivation de Set1 réduit le nombre de DSB et nuit à la réplication méiotique. Cet article fondateur a été la première observation reliant la méthylation de Set1 et de H3K4 à la réplication et à la méiose. En collaboration avec Alain Nicolas et Valérie Borde, il a également été démontré que les DSB méiotiques se produisent dans des régions où l'occupation de H3K4me3 est plus élevée, bien qu'aucun niveau de transcription plus élevé n'ait été détecté à proximité de ces sites de DSB. Nous avons également montré que l'ancrage de la protéine contenant le PHD, Spp1, aux régions recombinées était suffisant pour induire la formation de DSB. En outre, nous avons constaté que Spp1 interagissait physiquement avec Mer2, une protéine clé de l'axe chromosomique différencié nécessaire à la formation de DSB. Ainsi, Spp1, en interagissant avec H3K4me3 et Mer2, favorise le recrutement de sites potentiels de DSB méiotiques dans l'axe chromosomique. En collaboration avec Lóránt Székvölgyi, nous avons récemment signalé que les interactions spatiales de Spp1 et Mer2 se produisaient indépendamment de Set1C. Nos travaux nous ont amenés à proposer un modèle de l'axe de la boucle chromatinienne pour la régulation de la formation des DSB, qui traite de la manière dont les sites DSB méiotiques sont sélectionnés mécaniquement.

Notre équipe dispose donc d'une expertise unique pour fournir une vue intégrative de la fonction de Set1C. Nos recherches ont conduit au concept selon lequel les sous-unités Set1C, en plus de réguler la méthylation de H3K4, peuvent être directement impliquées dans les fonctions biologiques en recrutant des partenaires protéiques spécifiques. Sur la base d'un criblage systématique en double hybrides réalisé en collaboration avec Bernhard Dichtl en utilisant les domaines Set1 ainsi que chaque sous-unité Set1C comme cibles, nos recherches actuelles portent sur de nombreuses fonctions insoupçonnées de Set1C.

STRESS DES HISTONES : UNE SOURCE INEXPLORÉE D'INSTABILITÉ CHROMOSOMIQUE DANS LE CANCER

En collaboration avec Manuel Mendoza et Sebastian Chavez, nous avons montré chez S. cerevisiae que l'accumulation anormale d'histones dans les cellules de type sauvage était suffisante pour favoriser une endomitose aberrante et induire des duplications du génome entier. Nous avons montré par imagerie que des niveaux élevés d'histones étaient capables de promouvoir la délocalisation de toute la machinerie mitotique dans la cellule fille avant la mitose et de conduire à une endomitose aberrante dans laquelle les deux noyaux restent piégés dans la cellule fille.