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Accueil du site > Emplois et Stages > Sujets de Thèses > PhD Project : « Modélisation biophysique de la répression heterochromatinienne »

PhD Project : « Modélisation biophysique de la répression heterochromatinienne »

Institute :

Laboratoire Joliot-Curie

PhD supervisor :

Cédric Vaillant (CR1 CNRS)

Email adress and phone number :

cedric.vaillant@ens-lyon.fr 04 72 72 88 25

Team members involved :

Alain Arneodo, Benjamin Audit.

Project description :

Les chromosomes eucaryotes sont en général composés de deux types de domaines structurels et fonctionnels chromatiniens : l’euchromatine, ouverte et généralement accessible, où l’on retrouve la plupart des gènes actifs et l’hétérochromatine, fortement condensée, riche en éléments transposables et en séquences répétées. D’un point de vue fonctionnel, l’hétérochromatine contrôle plusieurs aspects fondamentaux du fonctionnement nucléaire : (i) assemblage du kinetochore (ii) cohésion des chromatides soeurs assurant ainsi la bonne ségrégation durant la division cellulaire (iii) recombinaison : inhibition de toute recombinaison inopinée au niveau des séquences répétées garantissant ainsi une stabilité génomique (iv) expression des gènes : répression de la transcription des séquences sous-jacentes et voisines (v) activation/repression de certaines interactions à longue distance impliquées notamment dans la régulation du développement. Malgré son importance, les mécanismes de formation et de maintenance (heritabilité), et la manière dont ce type de chromatine exécute ces différentes fonctions restent encore mal connues. D’un point de vue moléculaire, l’hétérochromatine se caractérise par des signatures biochimiques et structurelles particulières : l’hypo-acetylation des histones, la méthylation spécifique H3K9me, l’association avec des protéines structurales de la famille HP1 et par une distribution des nucléosomes très périodique. En accord avec ces observations, il a été montré in vitro que l’hypo-acétylation et la régularité de positionnement des nucléosomes facilitent la compaction de la fibre de 30 nm. Le scenario actuellement proposé pour l’assemblage hétérochromatinien repose ainsi sur un mécanisme de recrutement et d’action combinée d’ enzymes de méthylation, de protéines structurales de la famille HP1, d’ enzymes de déacetylation et de facteurs de remodelage conduisant à une structure de la fibre, stable, compacte et faiblement accessible.

Notre objectif est de mettre en place une modélisation biophysique des processus de nucléation, de propagation et de maintenance de l’hétérochromatine le long des génomes. Nous nous appuierons sur nos récents travaux qui ont essentiellement porté sur l’étude du chapelet nucléosomal. Nous avons construit un modèle de positionnement des nucléosomes qui ne tient compte que de la spécificité de séquence de l’interaction histones-ADN. Ce modèle rend très bien compte des mesures expérimentales obtenues sur des chromatines reconstituées in vitro chez S. cerevisiae (1). Nous avons par ailleurs montré que cette contribution ``intrinsèque’’ de la séquence génomique reste significative in vivo mais que le positionnement est finalement en grande partie déterminé par l’action de facteurs ``extrinsèques’’ (2). L’objet de la thèse sera donc de poursuivre et d’affiner ce travail de modélisation en appui/relation avec des données expérimentales de positionnement de nucléosome obtenues récemment dans des organismes tels que la levure S. Pombe, le ver C. Elegans, la mouche D. Melanogaster et l’Homme. Pour mieux appréhender les mécanismes de positionnement intervenant in vivo notamment dans les processus d’hétérochromatinisation, nous proposons donc d’intégrer des facteurs extrinsèques comme (i) l’action, hors-équilibre, de facteurs de remodelages qui peuvent repositionner ou éjecter des nucléosomes (ii) la présence de certains variants d’histones, de certaines modifications biochimiques des queues des histones (modulant l’interaction nucléosome-nucléosome) ou d’histones de liaison, (iii) la compétition avec des facteurs de transcription ou insulateurs. A travers ces différents processus moléculaires, nous étudierons la dynamique de l’héterochromatine au cours des divisions cellulaires (3).

L’étude de ces modèles se fera grâce à des traitement analytico-numériques et/ou simulations numériques (Monte-Carlo, dynamiques stochastiques) ; un gôut et une connaissance solide de la programmation (en C) est souhaitée. Il s’agira également d’analyser par des méthodes classiques de traitement du signal des données experimentales obtenues soit au LJC soit dans des laboratoires extérieurs.

1-Milani et al. (2009) Nucleosome positioning by genomic excluding-energy barriers. Proc. Natl. Acad. Sci. U S A, 106.

2-Chevereau et al. (2009) Thermodynamics of intragenic nucleosomeordering. Phys. Rev. Lett., 103..

3-Dodd et al. (2007) Theoretical analysis of epigenetic cell memory by nucleosome modication. Cell, 129.