Biologie Génomique et Cancer (GBC)

Equipes constitutives: Catherine ANDRÉ, Valérie DUPÉ, Marie-Dominique GALIBERT, Reynald GILLET, Luc PAILLARD, Gilles SALBERT

Mots clés: Métabolisme de l'ADN, génétique, épigénétique, cancer, maladies rares, traduction.

 

         Au sein de la chromatine, le génome porte des informations génétiques et épigénétiques qui entraînent l'engagement de protéines de liaison à l'ADN ainsi que celui de lecteurs épigénétiques. Ces derniers jouent à leur tour un rôle régulateur majeur dans le contrôle de la réplication, de la transcription et de la réparation de l'ADN. Les maladies génétiques ou héréditaires sont souvent associées à des défauts génétiques et/ou épigénétiques, qui peuvent être contrés par diverses stratégies.

         Nos équipes utilisent des approches génétiques et épigénétiques pour analyser le métabolisme de l'ADN, la régulation des gènes dans des situations normales et pathologiques, au niveau des cellules et des organismes. L'équipe SALBERT mène des études à l'échelle du génome pour comprendre les bases moléculaires de la régulation des gènes et de la réplication de l'ADN. En outre, elle utilise la microscopie pour étudier la dynamique des protéines de réparation de l'ADN. Les équipes ANDRE et DUPE recherchent des altérations génétiques ou génomiques et des réseaux de gènes liés à des maladies pathologiques rares et à des cancers. Un aspect original de la recherche menée par Catherine ANDRE est l'utilisation de chiens naturellement atteints de maladies pour rechercher, de manière alternative et éthique, de nouvelles altérations génétiques et des thérapies qui peuvent bénéficier aux chiens et aux humains. L'équipe DUPE effectue un travail unique sur les maladies neurodéveloppementales et est étroitement liée aux centres de référence nationaux hospitaliers et cliniques (coordonnés par des membres de cette équipe). L'équipe GALIBERT utilise des approches génétiques pour décrypter les mécanismes moléculaires associés aux altérations génétiques des cancers (mélanome et leucémie) et vise à identifier des médicaments qui modulent l'expressivité de la maladie.

         L'information génétique et épigénétique contrôle principalement le programme d'expression des gènes au niveau transcriptionnel. Cependant, dans les cellules eucaryotes, les étapes post-transcriptionnelles de l'expression des gènes sont là pour façonner le transcriptome mature et ont donc une profonde influence sur la lecture globale des programmes transcriptomiques. Par exemple, on sait aujourd'hui que l'épissage alternatif façonne la majorité des ARNm matures et que la nature exacte de l'isoforme exprimée est un déterminant essentiel de l'état de différenciation cellulaire. Ces régulations complexes mais générales de l'expression des gènes sont principalement contrôlées par des interactions entre des protéines régulatrices de liaison à l'ARN (RBP) ou des miARN et des molécules d'ARN. L'équipe PAILLARD étudie l'impact des RBP sur la différenciation des cellules épithéliales en analysant à la fois leurs cibles ARN et les conséquences de la déplétion des RBP tant au niveau moléculaire qu'au niveau de l'organisme. Après ces interactions, l'information génétique est décodée en protéines par la machinerie traductionnelle de la cellule. L'équipe GILLET décortique ce processus de traduction au niveau moléculaire, grâce à l'analyse structurale par cryo-EM. Elle étudie également les processus de contrôle de la qualité de la traduction des ribosomes, indispensable à la survie de la cellule, et fournit ainsi des cibles potentielles pour le développement d'une nouvelle classe d'antibiotiques.

          L'analyse des données à l'aide d'outils bioinformatiques sera développée en collaboration avec le groupe CCP afin de faciliter l'exploitation des résultats à moyen et haut débit obtenus par les équipes de l'IGDR.

        Dans le cadre du regroupement "Biologie génomique et cancer", les membres des six équipes constitutives se réunissent tous les deux mois pour discuter des stratégies générales et des questions méthodologiques. Ce regroupement vise notamment à accélérer le transfert de connaissances au sein des équipes et entre elles, ainsi qu'à améliorer les techniques de recherche, augmentant ainsi le potentiel de recherche de l'Institut dans son ensemble.

          Quelques thèmes qui nécessiteront une attention particulière ont été identifiés :

  • Séquençage nanopore :

        Grâce à un dispositif de séquençage MinION récemment acquis auprès d'Oxford Nanopore, les chercheurs de l'IGDR peuvent désormais accéder au séquençage à lecture longue ainsi qu'au séquençage direct de l'ARN et de l'ADN (c'est-à-dire sans amplification). Cependant, malgré une communauté d'utilisateurs très active, sa technologie de traitement des données est encore en cours d'affinement. C'est notamment le cas pour la discrimination des bases modifiées (telles que 5-mC et 5-hmC) dans les modèles. Les informaticiens des équipes ANDRE, PAILLARD et SALBERT travaillent ensemble à la mise en place de pipelines de traitement des données.

  • Séquençage d'une seule cellule :

        L'hétérogénéité des tumeurs nécessite des méthodes de séquençage unicellulaire pour la caractérisation des clones cellulaires au sein des échantillons. Mais la biologie des tumeurs n'est pas le seul cas où l'analyse d'une seule cellule peut être utile. En effet, la différenciation cellulaire de cellules pluripotentes en culture peut générer plusieurs types de cellules avec des épigénomes distincts. En outre, le séquençage d'une seule cellule pourrait nous aider à comprendre comment les origines de réplication sont sélectionnées par la cellule. Les équipes réfléchissent donc ensemble à la manière de mettre en œuvre ces méthodes dans le cadre de l'IGDR.

  • Cryo-microscopie électronique :

        La cryo-microscopie électronique est la technique de choix pour étudier les structures 3D des grands complexes macromoléculaires, car il n'y a pas de limite de taille supérieure. Dans la méthode IGDR, le flux de travail suit une procédure en deux étapes. L'analyse structurelle de chaque complexe isolé sera d'abord réalisée localement, de la biochimie humide à l'analyse cryo-EM à l'aide d'un microscope interne Tecnai G2 Sphera LaB6 200kV. Une fois qu'une carte 3D à basse/moyenne résolution des complexes sera établie, les échantillons les plus prometteurs seront traités dans des installations en libre accès telles que le FRISBI, qui est équipé de microscopes FEI Titan Krios et de détecteurs d'électrons directs.