Caractérisation de l’impact de la rigidité de la matrice extracellulaire sur les programmes transcriptionnels et épigénétiques

Les cellules répondent à leur environnement par le biais de signaux solubles et mécaniques. La rigidité de la matrice extracellulaire (ECM) induit l’engagement des cellules souches mésenchymateuses (MSC) dans une voie de différenciation spécifique et promeut l’invasion des cellules cancéreuses ainsi que l’activation des fibroblastes associés au cancer. La mécanotransduction est le mécanisme par lequel les cellules vont percevoir le signal mécanique à la membrane plasmique et le transmettre jusqu’au noyau par le biais du cytosquelette et du complexe LINC. A l’échelle de la cellule, ceci induit une modification de l’expression de la lamine A/C et participe à l’activation de voies de signalisation telles que YAP/TAZ et SRF/MRTF. Toutefois, par quels mécanismes ces modifications influencent l’organisation du génome, le paysage chromatinien et l’expression des gènes restent largement méconnus. Pour répondre à ces interrogations, nous avons utilisé des hydrogels mimant des rigidités retrouvées in vivo au sein des tissus : un souple à 0.5kPa et un rigide à 50kPa.Ainsi, dans une première étude, nous avons caractérisé comment les signaux mécaniques influencent l’organisation du génome, l’accessibilité de la chromatine, les marques d’histone associées aux régions actives et répressives du génome ainsi que les programmes d’expression géniques à l’aide de diverses techniques de génomique : le Hi-C, le ChIP-seq, le Cut&Run, le RNA-seq et l’ATAC-seq dans des fibroblastes primaires (BJ). Nous avons caractérisé environ 5000 gènes différentiellement exprimés entre nos deux conditions de culture et réalisé un atlas des enhancers putatifs. Le génome est organisé en domaines associés topologiquement (TAD) au sein desquels les interactions promoteur-enhancer sont favorisées. Ces mêmes TADs sont à leur tour retrouvés dans les compartiments A et B qui regroupent, respectivement, les TADs actifs et inactifs. Alors que les TADs ne semblent pas être impactés de façon majeure, nous observons des régions relocalisées entre les compartiments en réponse à la rigidité de l’ECM. La lamine nucléaire est impliquée dans l’organisation du génome par le biais des domaines associés à la lamine (LAD). Bien que la rigidité conduise à son remodelage, les régions chromatiniennes associées à la lamine B1 sont quant à elles largement conservées. Nous avons également identifié un groupe de gènes apparaissant comme bivalents dans les deux conditions de culture, mais spécifiquement exprimés en condition souple, et avons découvert grâce à des études fonctionnelles par siRNA que leur répression sur substrat rigide est dépendante de l’intégrité de la lamine.Dans une seconde étude, nous avons étudié la conservation de la réponse transcriptionnelle aux signaux mécaniques entre les BJ primaires et différentes souches de MSC. Nous avons découvert que la réponse à la rigidité de l’ECM implique des groupes de gènes communs et que ceux induits sur substrat rigide sont associés à diverses voies de signalisation impliquées dans le métabolisme. Nous avons également réalisé des recherches de motifs de facteurs de transcription et avons identifiés FOXO1 comme enrichis aux promoteurs des gènes induits sur substrat souple. Ainsi, dans le but de caractériser le rôle de FOXO1 dans l’établissement de la réponse transcriptionnelle au substrat souple, nous avons réalisé des études fonctionnelles au sein des BJ primaires à l’aide de siRNA.Dans une dernière étude, nous avons étudié la nécessité du domaine carboxy-terminal (CTD) de la sous-unité catalytique Rpb1 de la polymérase II dans la régulation du cycle de transcription en exprimant un mutant tronqué du CTD ne comprenant que 5 répétitions sur les 52 originales. Nous avons ainsi identifié que le CTD est dispensable pour le mécanisme de transcription à proprement parlé. Toutefois, les cellules mutantes arborent des défauts majeurs de terminaison de la transcription suggérant que le CTD est requis pour la terminaison de la transcription.