Notre Recherche
Le développement de l’embryon est un processus de non-équilibre présentant des comportements émergents : les interactions moléculaires à l’intérieur des cellules façonnent de manière irréversible les changements morphologiques du corps de l’animal en régulant les gènes du développement. Pour initier et contrôler l’expression des gènes, les facteurs de transcription (TF) doivent se lier aux enhancers et aux promoteurs. Cependant, des interactions transitoires et de faible affinité entre les TF et les enhancers du développement semblent être répandues et même nécessaires à la spécificité de la régulation chez les animaux, des nématodes aux mammifères. Comment ces faibles interactions pourraient-elles produire de manière fiable les schémas d’expression précis qui sont nécessaires pour contrôler l’embryogenèse ?
En utilisant des embryons de Drosophila melanogaster, nos travaux ont montré que des TFs tels que le facteur Homeobox (Hox) Ultrabithorax (Ubx) se regroupent en microenvironnements sub-nucléaires spécialisés autour du gène de développement shavenbaby (svb). Plusieurs gènes peuvent partager et renforcer le même environnement, améliorant ainsi la robustesse de l’expression génétique et du développement du phénotype face aux perturbations environnementales et génétiques. Ainsi, l’organisation spatiale des TFs et des gènes à l’intérieur du noyau pourrait être une stratégie pour faciliter la robustesse du développement. Cependant, on sait peu de choses sur les propriétés physiques et interactionnelles de ces environnements. Quand se forment-ils au cours de l’embryogenèse ? Qu’est-ce qui détermine leur emplacement et leur composition ? Quels rôles joue la chromatine ? Comment les gènes interagissent-ils avec les micro-environnements ? Comment affectent-ils les comportements des TFs ?
Pour répondre à ces questions, notre groupe combine les outils génétiques disponibles chez Drosophila melanogaster avec l’imagerie de fluorescence à haute et super-résolution pour étudier l’interaction des gènes et des TFs dans les microenvironnements transcriptionnels dans le contexte du développement embryonnaire.
1) Quand les micro-environnements se forment-ils et comment l’organisation nucléaire guide-t-elle la différenciation cellulaire ?
Au cours de la maturation de l’embryon, son corps subit une morphogenèse qui transforme l’œuf fécondé en un corps doté de structures complexes. Nous avons observé que les distributions nucléaires de plusieurs TFs deviennent de plus en plus hétérogènes au cours de cette même période. Les modifications des histones ont montré une augmentation similaire de l’hétérogénéité à mesure que le développement progresse. Cela suggère que l’espace nucléaire subit également une « morphogenèse » qui le partitionne en compartiments distincts.
Nous observons maintenant différentes lignées cellulaires au cours du développement afin de comparer comment les distributions des TF et des marques épigénétiques dans le noyau peuvent guider la différenciation.
2) La colocalisation peut-elle coordonner la corégulation des gènes dans les réseaux transcriptionnels ?
Les sites de transcription transgéniques dirigés par les exhausteurs svb se sont localisés avec le locus svb endogène et ont augmenté la concentration d’Ubx et la production transcriptionnelle de svb, ce qui a permis de sauver le phénotype du trichome dans une lignée de mouches avec un locus svb déficient. Ainsi, les gènes peuvent utiliser la proximité physique dans les micro-environnements pour améliorer leur coordination réglementaire et leur robustesse. Cependant, il n’est pas clair si la proximité physique des gènes et l’activité transcriptionnelle sont liées et si la colocalisation se produit entre d’autres gènes dans les réseaux transcriptionnels.
Ainsi, nous développons des outils d’imagerie dans les embryons pour surveiller la position et l’état transcriptionnel des gènes afin de comprendre la coordination spatiale des gènes co-régulés dans les réseaux de régulation.
3) Comment les interactions locales avec les protéines et l’ADN modifient-elles le comportement des TF ?
En général, les TF ne se colocalisent pas entre elles ni avec les marqueurs de l’activité transcriptionnelle, comme la PolII active (S5P). Cependant, les sites de transcription de svb ont eu tendance à être enrichis à la fois pour Ubx et pour un cofacteur spécifique, Homothorax (Hth). Cette différence entre le recouvrement global et local de différents facteurs suggère que les microenvironnements transcriptionnels sont formés en utilisant des interactions spécifiques. Il est intéressant de noter que Ubx et son paralogue de la famille Hox, AbdominalA (AbdA), ne se sont pas colocalisés, bien qu’ils aient des séquences consensus de liaison à l’ADN identiques. Cela suggère que des interactions autres que la liaison à l’ADN déterminent également la localisation des TFs.
Nous marquons donc les TFs du développement pour des expériences d’imagerie en direct et modifions leurs domaines d’interaction pour comprendre comment les TFs se localisent et comment leurs comportements régulateurs changent en fonction des interactions locales TF-ADN et TF-protéines dans les micro-environnements.
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Financements
Publications
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Organisation nucléaire de la transcription dans les embryons
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