CycliX– Les réseaux de régulation transcriptionnelle de trois cycles communicants

Les programmes de régulations cycliques sont les pierres angulaires de tous les systèmes vivants. Ce projet a pour objet d'étude le cycle circadien, le cycle de division cellulaire et le cycle de réponse aux nutriments ainsi que les rapports qu'ils ont entre eux. Le cycle circadien implique une régulation orchestrée du génome en fonction d'une horloge interne autonome qui s'ajuste aux conditions diurnes et nocturnes. Le cycle de division cellulaire correspond à une séries d'événements moléculaires qui conduisent à la duplication du génome et à sa distribution égale dans les cellules-filles lors de la prolifération cellulaire; il se caractérise par des étapes de sécurité que le cycle ne peut franchir uniquement si certaines conditions précises sont remplies. Le cycle de réponse aux nutriments s'enclenche lorsqu'une cellule à jeûn est exposée à des nutriments et entame un programme d'expression génétique avant de revenir à l'état de jeûne lorsque les aliments sont épuisés. Les phases de chacun de ces cycles sont caractérisées par des états génomiques qui reflètent une réponse à des signaux spécifiques de chaque phase. Ces états génomiques conditionnent des programmes transcriptionnels qui propulsent ensuite à leur tour le cycle vers la phase suivante. Bien que chaque cycle individuel ait été étudié en profondeur, nous ne savons encore que peu de choses sur les réponses génomiques globales aux cycles et sur les programme régulatoires transcriptionnels qui leur sont associés. De plus, les connaissances actuelles se limitent essentiellement aux gènes codant pour des ARNm transcrits par l'ARN polymérase II (pol II), alors qu'un nombre très limités d'études ont porté sur les unités transcrites par pol III ou sur les gènes dits ARNnc (pol II non-coding RNA) que transcrit également pol II. Nous en savons encore moins sur la façon dont les programmes de transcription des trois cycles interagissent et s'influencent mutuellement. Le projet „CycliX: les réseaux de régulation transcriptionnelle de trois cycles communicants“ a pour objectif une compréhension intégrée et quantitative des réponses génomiques globales et des programmes transcriptionnels de pol II et pol III qui caractérisent chaque cycle.

CycliX accordera une attention particulière aux points d'intersections de ces programmes transcriptionnels et sur quand et comment un réseau de régulation „central“ partagé permet l'intégration et la coordination de ces trois systèmes cycliques. Un des aspects particuliers de ce projet consiste en l'analyse des transcriptions de pol III ainsi que celles de pol II. Pol III synthétise les ARNnc (p.ex. ARNt, ARN 5S, ARNsn, quelques micro-ARNs) qui sont hautement régulés durant les réponses aux nutriments et dans les cellules qui prolifèrent car celles-ci doivent doubler en masse avant chaque division cellulaire. A l'inverse, dans des cellules qui ne prolifèrent pas, la stabilité des ARNnc est telle qu'il n'y a pas besoin d'en synthétiser beaucoup. Cependant, les analyses des transcriptions de pol III à l'échelle du génome entier font défaut, car la plupart de ces unités de transcriptions sont répétées sur le génome – ce qui rend les approches par hybridation essentiellement impossibles.

CycliX veut déterminer l'état transcriptionnel des répliques individuelles des gènes transcrits par pol III grâce aux analyses ChIP-Seq. Ainsi, nous projetons d'investiguer l'activité transcriptionnelle dans son ensemble, à l'exception des gènes d'ARNs ribosomaux transcrits par pol I et les quelques gènes transcrits par la spRNAP-IV récemment découverte. Le projet est divisé en trois sous-projets qui combinent des approches expérimentales et informatiques. Dans le sous projet 1 intitulé „Identification of cyclic nodes“, nous analyserons les états génomiques des différentes phases des trois cycles. Nous quantifierons l'activité transcriptionnelle en mesurant les quantités de pol II et pol III sur l'ensemble du génome et en cartographiant certains marqueurs d'histones par l'usage d'immuno-précipitation de la chromatine (ChIP) avec des anticorps ciblant les facteurs d'intérêts suivit d'un séquençage en profondeur (ChIP-Seq). Nous identifierons ainsi des ensembles exhaustifs de gènes transcrits par pol II et pol III dont l'activité transcriptionnelle varie au cours d'un cycle ainsi que des ensembles de gènes dont l'activité varie au cours d'au moins deux sur les trois cycles étudiés, appelés „noeuds cycliques“. Ces efforts seront intégrés par l'exploration approfondie et les analyses bioinformatiques des ensembles de données fonctionnelles existantes comme par exemple l'accumulation d'ARNm pendant les cycles.

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