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Polymorphisme et dynamique de la chromatine

Polymorphisme et dynamique de la chromatine

Personnes impliquées :
Christophe Lavelle, CR CNRS MasterPage perso
Christophe Escudé, CR CNRS

L’enjeu

Le noyau de chacune de nos cellules renferme quelques milliards de paires de base, soit 1 à 2 mètres d’ADN compactés au sein d’un complexe nucléoprotéique dense et cependant extrêmement dynamique : la chromatine (fig. 1).

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Comprendre comment le polymorphisme et la dynamique de la chromatine participe à la régulation de l’expression génétique est une des questions fondamentales de l’épigénétique, et plus généralement un enjeu majeur de la recherche fondamentale en biologie (fig. 2).

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Approches et objectifs

Une approche interdisciplinaire est nécessaire pour aborder une problématique aussi complexe. En combinant les techniques expérimentales de la biologie moléculaire et cellulaire, l’analyse des données ’omiques’ (génomiques, épigénomiques, transcriptomiques) et les outils de simulation de la physique, il devient possible d’élaborer une approche intégrée de l’architecture des chromosomes (et de la gestion de l’information qu’ils contiennent) aux différentes échelles de taille impliquées.

Concrètement, les questions que nous abordons plus particulièrement sont, entre autres :

  • Quel est le rôle de la séquence de l’ADN dans le polymorphisme structural1 et le positionnement 12 des nucléosomes (fig. 3) ?
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  • Comment se répartissent les nucléosomes le long de l’ADN (fig. 4) 3 ?
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  • Quelles sont les sources du polymorphisme structurale des nucléosomes 14 et comment se polymorphisme influence la structure de la fibre de chromatine 5 ? *Comment les contraintes mécaniques et topologiques (comme, par exemple, celles générées par les polymérases lors de l’élongation de la transcription ou de la réplication) se propagent le long de la chromatine 67 (fig. 5) ?
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  • À quelle point le nucléosome peut se déformer pour ’encaisser’ les contraintes subies 89101112 (fig. 6) ?
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D’autres domaines auxquels nous nous intéressons également sont :


le nucléoide procaryote : quels sont les mécanismes à l’œuvre dans le contrôle de l’expression génétique chez les procaryotes, notamment en termes de compaction du nucléoide 13 et du rôle des ARN non-codants 14 ?
les nanotechnologies : comment les protocoles utilisés pour reconstituer de la chromatine peuvent trouver des applications dans la fabrication de nano-systèmes bio-inspirés 15 ?

Les techniques principalement utilisées sont :

  • la reconstitution de mononucléosomes et/ou fibres de chromatine in vitro ou l’extraction de fibres natives à partir de cultures cellulaires ;
  • l’expression et la purification de composants du nucléoide procaryote (protéines de condensation, ARN non codants) ;
  • l’analyse en gel d’électrophorèse ou gradient de sucrose ;
  • l’observation en microscopie électronique et microscopie à force atomique ;- la manipulation en pinces magnétiques ;- la microscopie de fluorescence ;
  • la modélisation physique.

Collaborations

Jean-Marc VICTOR, Laboratoire de Physique Théorique de la Matière Condensée (CNRS UMR 7600), Université Pierre et Marie Curie, Paris, France.
Eric LE CAM, Signalisation, Noyaux et Innovations en Cancérologie (CNRS UMR 8126), Institut Gustave Roussy, Villejuif, France.
Vincent CROQUETTE / David BENSIMON, Laboratoire de Physique Statistique (CNRS UMR 8550), Ecole Normale Supérieure, Paris, France.
Véronique ARLUISON, Laboratoire Léon Brillouin (CNRS UMR 12), Commissariat à l’Energie Atomique, Gif-sur-Yvette, France.
Brigitte HARTMANN, Institut National de la Transfusion Sanguine (CNRS UMR 665), Université Denis Diderot, Paris, France.
Jean-François BERRET, Matière et Systèmes Complexes (CNRS UMR 7057), Université Denis Diderot, Paris, France.
Arndt BENECKE, Institut des Hautes Etudes Scientifiques, Bures sur Yvette, France.
Jennifer GERTON, Stowers Institute for Medical Research, Kansas City, USA.


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3. Revaud, D., Mozziconacci, J., Sabatier, L., Desmaze, C.+ and Lavelle, C.+,* (2009). Sequence-driven specific telomeric chromatin structure. Cell Cycle 8:1099-100.
4. Lavelle, C.* and Prunell, A. (2007). Chromatin polymorphism and the nucleosome superfamily. Cell Cycle 6:2113-9.
5. Mozziconacci, J. Lavelle, C., Barbi, M., Lesne, A. and Victor, J.M.* (2006). A physical model for the condensation and decondensation of eukaryotic chromosomes. FEBS Lett 580 : 368-72.
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8. Lavelle, C.*, Recouvreux, P., Wong, H., Bancaud, A., Viovy, J.L., Prunell, A. and Victor, J.M.* (2009). Right-handed nucleosome : myth or reality ? Cell 139:1216-7.
9. Lavelle, C.*, Recouvreux, P., Wong, H., Bancaud, A., Viovy, J.L., Prunell, A. and Victor, J.M.* (2009). Right-handed nucleosome : myth or reality ? Cell 139:1216-7.
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13. Geinguenaud, F., Calandrini, V., Cayrol, B., Teixeira, J., Mayer, C., Liquier, J., Lavelle, C. and Arluison, V.* (2011). Conformational transition of DNA bound to Hfq probed by infrared microscopy. Phys Chem Chem Phys 13, 1222 - 29.
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15. Fresnais, J., Lavelle, C. and Berret, J.F.* (2009). Nanoparticle aggregation controlled by desalting kinetics. J Phys Chem C 113:16371-79.

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