Lier un site de liaison d'un facteur de transcription et son gène cible

Transcription

1 Berder 2013 : Corrélation, causalité et régulation en biologie Lier un site de liaison d'un facteur de transcription et son gène cible Laurent M. SACHS (sachs@mnhn.fr) Laboratoire Evolution des Régulations Endocriniennes Département Régulation, Développement et Diversité Moléculaire UMR 7221 CNRS Muséum National d Histoire Naturelle Paris, France.

2 Groupe : Mécanisme d'action des récepteurs aux hormones thyroïdiennes. Patrice BILESIMO (Doctorant ) Alexis GRIMALDI (Doctorant 2010-) Gladys ALFAMA (Technicien) Nicolas BUISINE (MC MNHN) : : MERLION Norin CHAI (Vet MNHN) Jean-Paul CHAUMEIL (Soins aux animaux) Ken Wing Kin SUNG Gérard BENISTI (Soins aux animaux) Xiaoan RUAN Yijun RUAN Ed LIU

3 Lier un facteur de transcription et son gène cible Définir le premier programme de régulation de la transcription = les gènes cibles directs Stratégie: Transcriptome (RNA-Seq et RNA-PET) FT Position (ChIA-PET) Cible indirecte Cible directe

4 Régulation par les hormones thyroïdiennes Action génomique 5 3' Cytoplasme 3 5' 3,5,3 triiodothyronine, T3 Noyau Complexe Corépresseur RXR TR Complexe Coactivateur - + T3 Pas de transcription RXR TR + Transcription

5 La métamorphose des amphibiens Un modèle pour étudier les effets des hormones thyroïdiennes Effets pléiotropes des hormones thyroïdiennes Il existe une période post embryonnaire de sensibilité aux hormones thyroïdiennes chez les chordés

6 Autre développement post-embryonnaire chez les amphibiens Autres modèles pour étudier les effets des hormones thyroïdiennes E. coqui Axolotl Necturus

7 Métamorphose hormones thyroïdiennes dépendantes des poissons plats Turbot Stade larvaire Métamorphose Juvénile

8 HT et métamorphose : Autre métamorphose - Ciona intestinalis Larve Adulte

9 HT et métamorphoses : Autre métamorphose - l oursin Pluteus Adulte

10 Métamorphose des insectes : toujours une histoire d hormone Ecdystéroïdes pg/mg Drosophile Larve 3ème instar heures Pupe

11 HT et période périnatale: chez les oiseaux T3 pg/l plasma Thyroïde fonctionnelle (E10) Poulet Embryon 0 1 Jours Eclosion

12 HT et période périnatale: chez les rongeurs T3 pg/l plasma Thyroïde fonctionnelle(e16) 1,8 1,6 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 Souris Embryon Jours Naissance

13 HT et période périnatale: chez l humain TH µg/l plasma Thyroïde fonctionnelle (4ème mois de gestation) 1,8 1,6 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0, Gestation Naissance Mois

14 HT et période périnatale: le crétinisme «Sans un minimum d hormones thyroïdiennes au bon moment, la grenouille reste un têtard et le bébé humain est un crétin»

15 Synthèse des hormones thyroïdiennes Vigilance Les Fonctions Développement cérébral Audition Vision Appétit Activité cardiaque Reproduction Métabolisme Croissance Thermogenèse

16 Objectif: Lier TR à ses gènes cibles Stratégie: Transcriptome (RNA-Seq et RNA-PET) TR Position (ChIA-PET) Cible indirecte Cible directe Où sont les TR et où sont les gènes? Technologies de Séquençage haut débit (échelle du génome)

17 Dessin experimental Transcriptome (RNA-Seq et RNA-PET) TR Position (ChIA-PET) Cible indirecte Cible directe Epiderme caudal +/- T3

18 Méthodes: analyse du transcriptome Cible indirecte RNA-Seq: Niveau d'expression Coble directe + T3 - T3 RNA-PET: Annotation des transcrits cartographie début (5'end) et fin (3'end) des gènes

19 RNA-Seq et RNA-PET: nouveaux genes A Ensembl genes RNA-Seq Adult Brain RNA-PET Adult Brain B Ensembl genes RNA-Seq Adult Brain RNA-PET Adult Brain C Ensembl genes RNA-Seq Adult Brain RNA-PET Adult Brain

20 Nouvelle cartographie des gènes + ~730 kb A Ensembl genes RNA-Seq Adult Brain RNA-PET Adult Brain + ~130 kb B Ensembl genes RNA-Seq Adult Brain RNA-PET Adult Brain

21 Capture des variants alternatifs Ensembl genes RNA-Seq Adult Brain RNA-PET Adult Brain : L'orthologue humain est connu pour avoir > 30 variants -> des TSS -> des Terminaisons

22 Méthodes: ChIA-PET chromatin interaction analysis by paired-end tag sequencing TR Position ChIA-PET) Indirect target Direct target ChIA-PET: ChIP-Seq et 3C simultanément - Sites de liaison à l'adn (~ ChIP-Seq) - Interactions physiques à longue distance - lien entre le site TR et le TSS du gène cible Pourquoi une méthode aussi complexe?: Sites de liaison des facteurs de transcription peuvent être très éloigné de leurs gènes cibles

23 Cartographie des sites de présence de TR 1 Mb +T3 ~ 2,000 sites -T3 seulement ~ 100 sites

24 Type de séquence dans les sites TR Recherche DR, IR et ER de AGGTCA avec 0 à 8 bp entre ½ site 70% des sites ont un élément de ce type DR1 (6%) DR2 (4.5%) ER8 (5%) ER6 (12%) IR5 (5%) DR4 (46.7%) AGGTCAnnnnAGGTCA DR (6, 7) IR (3, 6, 7) = 0% ER (0, 2, 3, 5, 7)

25 Prédiction des sites à partir de la séquence Scaffold_26 Predicted sites TR binding sites DR4 DR4 Au moins 32 DR4, mais seulement 2 lient TR Cause? Accéssibilité: Rôle de la chromatine. Modification des histones : méthylation de H3K4

26 Liaison de TR à l'adn et méthylation de H3K4 Scaffold_26 Gene annotation Predicted sites TR ChIP-Seq H3K4 me1 ChIP-Seq H3K4 me2 ChIP-Seq H3K4 me3 ChIP-Seq H3 ChIP-Seq Input

27 TR proche du site d'initiation de la transcription Scaffold_448: Locus TH/bZIP RNA-PET TR Position RNA-Seq Tail fin +T3 RNA-Seq Tail fin -T3

28 Un nouveau gène cible des hormones thyroïdiennes Scaffold_210 RNA-Seq Tail fin -T3 RNA-Seq Tail fin +T3 ensembl RNA-PET TR Position

29 Où sont les TR par rapport aux genes A Ensembl TR binding sites B Ensembl TR binding sites C Ensembl TR binding sites D Ensembl TR binding sites E Comment lier TR à son gène cible? ChIAP-PET et Transcriptome Ensembl TR binding sites

30 Interaction moyen distance pour Klf9 Locus Klf9 RNA-PET TR position Long Range Interaction 33,000 bp 6,000 bp TSS RNA-Seq Tail fin +T3 RNA-Seq Tail fin -T3 Lien entre TR et le TSS

31 Une organisation 3D plus complexe Scaffold_81 RNA-PET TR positions 330,000 bp 150,000 bp Long range interactions RNA-Seq Tail fin +T3 RNA-Seq Tail fin -T3

32 Organisation 3D du locus bcl6 dans le noyau lpp tprg1 bcl6

33 Conclusion Où sont les gènes Où sont les sites de fixation des facteurs de transcription Evolution de notre perception du génome d'une lecture linéaire vers une lecture 3D

34 Merci Les grenouilles sont le lien entre l'obscurité et la lumière (l'inconnu et le connu)