Régulation épigénétique du développement : Déméthylation active de l’ADN et Méthylation de l’ARN chez l’huître Crassostrea gigas, un modèle distanT

Caractériser et comprendre les mécanismes épigénétiques du développement, leur évolution et leurs implications transgénérationnelles chez un modèle distant soumis à un environnement changeant, par séquençage haut débit (hMeDIP-, MeRIP-, RNA-seq...) et études fonctionnelles (CRISPR/Cas9...).

Les mécanismes épigénétiques sont cruciaux pour le développement des Vertébrés et des Insectes. En effet, la méthylation de l'ADN (1) et celle de l'ARN (2,3) contrôlent la régulation pré- et post-transcriptionnelle de l'expression des gènes, qui permettent la différenciation des cellules à partir d'un génome unique et la transmission de phénotypes différenciés au travers des divisions cellulaires (2,4,5). Par ailleurs, les mécanismes épigénétiques étant fortement influencés par l'environnement, leur rôle dans la transmission de traits de vie a été largement démontré. Par exemple, la détermination des castes chez l'abeille repose sur la méthylation différentielle d'un sous-ensemble de gènes en fonction de la nourriture donnée aux larves (6); chez le poisson-zèbre, la méthylation des ARNs maternels accumulés pendant l'ovogenèse, déclenche leur dégradation chez l'embryon et l'activation du génome zygotique (7,8). Néanmoins, ces mécanismes restent très mal connus chez les organismes distants, soulevant de nombreuses questions sur leur origine, leur évolution et leurs fonctions. Or, nos résultats récents démontrent l'importance de la méthylation de l'ADN dans le développement de l’huître C. gigas (9,10), un mollusque d'intérêt développemental, évolutif, écologique et économique. De plus, de manière cruciale dans un contexte de changement global et de pollution,  des effets embryotoxiques de perturbations de l'environnement pendant la gametogenèse sont liés à des modifications épigénétiques (11). Cependant, les mécanismes sous-jacents, comme le contrôle de la dynamique de la méthylation de l'ADN ainsi que le rôle de la méthylation de l'ARN restent énigmatiques, notamment dans le contexte de l'influence de l'environnement sur la transmission trans-générationnelle de traits de vie.

Le but de ce projet est de caractériser les rôles de la déméthylation active de l’ADN et de la méthylation de l'ARN dans le développement de l’huître. Pour cela, les cinétiques développementales de la 5-hydroxymethylcytosine (ADN) et de la 6-méthyladénosine (ARN) seront caractérisées (ELISA, F-DotBlot). En parallèle, l’expression précoce des acteurs putatifs de ces mécanismes sera étudiée (hybridation in toto, RT-qPCR et exploitation de banques de données génomiques et transcriptomiques). Les gènes cibles de ces marques seront déterminés pendant l’embryogenèse par immunoprécipitation et séquençage (hMeDIP-seq, MeRIP-seq). Des approches d'invalidation par édition du génome (microinjection de constructions CRISPR/Cas9) puis  investigation des phénotypes associés (caractérisation des mutations, marqueurs moléculaires, études morphologiques) seront développées pour élucider la fonction des gènes liés à la déméthylation active de l’ADN (Active DNA Demethylation, DAD) et à la méthylation de l'ARN. Ces études seront également menées en fonction de facteurs environnementaux déterminants (température, contaminants et phytotoxines algales).

Ces résultats constitueront un travail pionnier et important au niveau fondamental qui ouvre de nombreuses perspectives. En effet, aucune étude à ce jour ne porte à notre connaissance sur la DAD ou la méthylation de l'ARN chez un invertébré non insecte. De plus, les résultats attendus participeront à une meilleure connaissance de l’évolution des mécanismes épigénétiques du développement et de leur régulation, et permettront de mieux cerner les implications des contraintes environnementales dans ce contexte.  Par ailleurs, le succès d’une approche CRISPR/Cas9 chez les bivalves in vivo constituerait une première mondiale. L'ensemble de ces résultats devrait contribuer à la levée de verrous scientifiques et techniques importants et ouvrir de très nombreuses perspectives de recherches.