Unité: Génétique des Nématodes

Responsable: LAKOWSKI, Bernard

Des mutations dans les gènes de préséniline humains sont impliquées dans des cas de maladie d'Alzheimer héréditaire. Nous avons caractérisé chez Caenorhabditis elegans plusieurs suppresseurs de gènes de préséniline qui agissent en régulant la transcription d'un gène de préséniline et nous cherchons d'autres gènes de suppresseurs. Les homologues humains de ces gènes forment un complexe qui régulent l'expression de nombreux gènes neuronaux et jouent un rôle important dans le destin des cellules souches neuronales et la différenciation neuronale. Parallèlement, nous avons caractérisé le gène dog-1, une ADN-hélicase de C. elegans impliquée dans la stabilité du génome, afin de mieux pouvoir utiliser dog-1 comme outil pour la génétique et mieux comprendre le rôle de son homologue BACH1/BRIP1 dans l'anémie de Fanconi et le développent du cancer du sein.

1) Les suppresseurs de préséniline

Le Nématode Caenorhabditis elegans est un excellent modèle pour l'étude de la neurobiologie et la biologie du développement. Nous utilisons C. elegans pour étudier la génétique des gènes de présénilines. Les présénilines sont des protéines polytopiques qui font partie d'un complexe de haut poids moléculaire pouvant cliver certains types de protéines dans leur domaine transmembranaire. Chez l'homme, des mutations dans les gènes codants les présénilines sont responsables de cas de maladie d'Alzheimer. Ces mutations affectent le processus de modification de la Protéine de Précurseur Amyloïde (APP). Chez les animaux, les gènes des présénilines sont essentiels pour le développement normal, car ils sont nécessaires pour l'activation de récepteurs de type Notch.

Afin de mieux comprendre cette importante classe de protéines, nous avons utilisé des approches génétiques chez C. elegans pour identifier des facteurs qui peuvent modifier l'effet de mutations dans les gènes de préséniline. La perte d'activité de la préséniline sel-12 chez C. elegans entraîne un blocage complet de la ponte des oeufs. Précédemment, les criblages génétiques basés sur cette caractéristique ont permis l'identification de cinq gènes de suppresseur de préséniline (spr). Ces gènes codent des protéines qui pourraient former un complexe réprimant la transcription d'un deuxième gène de préséniline, hop-1, et éventuellement d'autres cibles. Les protéines SPR sont similaires aux protéines du complexe humain REST-CoREST, lequel est un régulateur important d'expression des gènes neuronaux, spécialement pendant la neurogenèse.

Dans deux nouveaux cribles nous avons identifiés plus de 50 nouvelles mutations de spr que nous caractérisons actuellement. Comme attendu, nous avons retrouvé de nouveaux allèles de tous les gènes spr précédemment identifiés, y compris plusieurs mutations qui affectent des domaines conservé de ces protéines, donnant des informations supplémentaires sur les structures et les fonctions de ces gènes. Nous avons identifié aussi plusieurs mutations dans le gène sel-10, un composant d'un complexe ubiquitine ligase qui régule la stabilité des présénilines et des protéines des récepteurs du type Notch. De plus, nous avons retrouvé plusieurs mutations qui définissent au moins trois gènes de spr supplémentaires qui peuvent coder des composants supplémentaires du complexe de SPR putatif ou les autres types de gènes qui peuvent améliorer le phénotype des animaux sel-12. Nous avons identifie spr-6 et son caractérisation est en course. Nous avons trouve que SPR-6 et procédons à sa caractérisation actuellement. SPR-6 représente aucune similarité avec d'autres protéines dans la base de donnée PFAM. Cependant, SPR-6 est clairement conservée chez les autres espèces Nématodes et les alignements multiples des homologues de SPR-6 indiquent que SPR-6 possède trois domaines qui pourraient interagir avec zinc et jouer un rôle dans les interactions protéines-protéines. Cela suggère que SPR-6 peut être un composant additionnel du complexe SPR. Nous avons commencé a caractérisation de chromatine autour de le locus hop-1 par immunoprécipitation de chromatine dans la souche sauvage et dans les mutants des gènes de spr pour voir si les protéines de SPR jouent un rôle dans la modification des histones.

Récemment, il a été montré que le complexe CoREST peut réguler l'expression de gènes neuronaux chez la Drosophile, suggérant un rôle ancien pour les complexes CoREST dans le destin de cellules neuronales. De plus, les homologues humains des gènes spr sont impliqués dans plusieurs types de cancer. Nous utilisons les gènes spr de C. elegans pour adresser les fonctions biologiques et biochimiques des complexes de type CoREST et ses facteurs de transcription associés, afin de mieux comprendre le rôle de ces complexes dans le destin des cellules neuronales, la répression de la transcription et les maladies.

2) Le mutateur dog-1

Les mutations dans le gène humain BACH1/BRIP1 sont responsables de quelques cas d'anémie de Fanconi et des cancers du sein familiaux. Bien que BRIP1 interagisse avec BRCA1, un des plus important des gènes de susceptibilité de cancer du sein, le rôle de BRIP1 dans les maladies et le développement du cancer est inconnu. Le gène dog-1 de C. elegans (pour les délétions d'ADN riche en guanine) code une ADN-hélicase homologue de BRIP1. Il a été rapporté que la perte de fonction de dog-1 mène à l'instabilité génomique et cause une haute fréquence de petites délétions dans des séquences poly-guanine (poly-G) supérieures à 17 nucléotides. Le spectre des mutations induites par dog-1, suggère que DOG-1 peut être nécessaire pour résoudre des structures tridimensionnelles formées par les séquences poly-G pendant la synthèse d'ADN du brin retardé. Les études sur dog-1 peuvent aider à clarifier le rôle de BRIP1, et gènes apparentés, dans l'instabilité génomique et le cancer. Nous essayons également d'utiliser le spectre extrêmement insolite et limité des mutations induites par dog-1 pour faire progresser la génétique chez C. elegans.

Nous avons fait deux cribles génétiques afin de mieux caractériser le spectre des mutations induites par dog-1 : un pour les phénotypes visibles et l'autre pour les gènes spr. A ce jour, nous avons isolé des mutations induites par dog-1 dans 13 gènes et caractérisé la séquence exacte de 23 des allèles. La plupart des mutations induites par dog-1 sont des délétions autour des séquences poly-G et autres séquences riches en guanine. Cependant, nous avons aussi trouvé trois autres types de mutation. Cela indique que l'absence de dog-1 peut provoquer des réarrangements génomiques plus complexes. Plusieurs mutations induites par dog-1 contiennent des petites régions de mico-homologie aux points cassures, le impliquant la processus de Non-Homologous End Joining dans la réparation aux des cassures induites par dog-1.

Nous avons trouvé que le spectre limité des mutations induites par dog-1 peut aider au clonage de gènes identifiés par mutagenèse (génétique classique) et pourrait être utilisé pour créer des délétions dans les séquences cibles (génétique inverse). Les mutations induites par dog-1 sont souvent très utiles pour l'analyse génétique : ainsi nous avons récupéré les mutations nulles et les mutations perte de fonction partielle. Par exemple, nous avons utilisé dog-1 pour récupérer les mutations nulles putatives de spr-3 et une mutation avec une forte perte de fonction dans spr-4. De plus, pour deux gènes, nous avons récupère les petites délétions dans les promoteurs des gènes qui montrer l'existence des régions clées pour l'expression des gènes. La présence de une séquence poly-G proche des gènes de candidats nous a permis d'identifier quatre gènes nouveaux : W087G11.4, ngn-1, nhr-67 et dpy-1. Il existe les homologues de W087G11.4, ngn-1 et nhr-67 dans les autres espèces et les phénotypes des mutations dans ces gènes indiquent qu'ils jouent rôle important dans le fonctionnement et développement du système neuronal des vers. dpy-1 semble coder un nouveau composant structural de la cuticule du ver. Afin de mieux comprendre la fonction de dpy-1 nous essayons de déterminer la structure des homologues de dpy-1 chez les autres espèces nématodes. En collaboration avec l'équipe de Ralf Sommer a l'Institut Max Planck de biologie de développement a Tübingen (Allemagne), nous avons déterminé la structure de pdl-1, l'homologue de dpy-1 chez Pristionchus pacificus et nous avons montré que des mutations dans pdl-1 a des conséquences très similaires des mutations de dpy-1. La comparaison de dpy-1 et pdl - 1 nous permettra de désigner les domaines conservés dans dpy-1 et de mieux comprendre la fonction biologique de ce gène.

Mots-clés: Génétique, Caenorhabditis elegans, Maladie d’Alzheimer, epigénétique, mutateur


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