Genome instability : from genome content variations to gene expression plasticity

Instabilité génétique : des déviations du contenu génomique à la plasticité d’expression des gènes La plupart de nos cellules sont diploïdes possédant deux copies de chaque chromosome. Lors de la mitose, la formation d’un fuseau bipolaire avec un centrosome à chaque pôle permet la ségrégation correcte des chromosomes, essentiel au maintien de la stabilité génétique. Il existe néanmoins des variations du contenu chromosomique comme la polyploïdie, définit comme le doublement de l’ensemble des chromosomes et l’aneuploïdie, définie comme la perte ou le gain de chromosome entier. Bien qu’observées, la fréquence des cellules aneuploïdies dans les tissus d’un organisme sain reste controversée.De façon importante, la duplication du génome et l’aneuploïdie sont associées à des pathologies et sont considérées comme une caractéristique du cancer. En effet, un nombre anormal de chromosomes est souvent associé à une instabilité chromosomique. Toutefois le rôle et les implications de ces variations dans l’initiation et la progression de tumeur restent peu compris.J’ai d’abord étudié les conséquences de la polyploïdie sur la division des cellules. J’ai utilisé des approches in vivo et in vitro en induisant la polyploidisation par défaut de cytocinèse dans des cellules souches neurales de drosophile et des cellules cancéreuses humaines. L’analyse de leur mitose m’a permis de découvrir que la présence de chromosomes et de centrosomes en excès conduisait invariablement à la formation de fuseaux multipolaires. En modélisant les cellules polyploïdes, j’ai découvert qu’au-delà de la quantité, la conformation spatiale de l’ADN contribue à cette multipolarité. Des perturbations expérimentales au niveau de l’ADN et du fuseau m’ont permis de démontrer que la présence d’ADN en excès agit comme une barrière physique bloquant la coalescence des multiples pôles et par conséquent empêchant la bipolarité. De façon intéressante, j’ai réussi à restaurer la bipolarité en supprimant la « barrière d’ADN » par ablation avec laser ou en augmentant la longueur des microtubules pour contourner celle-ci. Alors que l’amplification centrosomale était considérée comme unique acteur, mes résultats identifient l’excès d’ADN comme contributeur clef de la multipolarité et de l’instabilité chromosomique typique des cellules polyploïdes.Puis, je me suis ensuite intéressée à l’aneuploïdie, dont la fréquence en contexte sain reste un sujet de débat intense. De plus, les outils développés jusqu’à présent pour évaluer le taux d’aneuploïdie manque d’une dimension temporelle. J’ai donc généré un outil génétique innovant de visualisation et de suivi des cellules aneuploïdes in vivo chez la drosophile. J’ai utilisé l’expression de la GFP comme gène rapporteur, contrôlée par le système GAL4/UAS et son inhibition par GAL80. Ainsi, la perte aléatoire du chromosome contenant la séquence du GAL80 entraine l’apparition d’un signal GFP dans les cellules aneuploïdes. Celles-ci peuvent donc être facilement détectées et suivies en temps-réel dans les tissus. Utilisant ce système, j’ai découvert que la perte de chromosome était un évènement très rare dans les tissus de la mouche. Cet outil combiné à d’autres marqueurs fluorescents et/ou utilisé dans divers contextes génétiques pourrait aider à la compréhension de la genèse et du devenir des cellules aneuploïdes in vivo.De plus, j’ai constaté que le cerveau de la larve présentait un nombre important de cellules GFP. De manière surprenante, ces cellules ne résultaient pas de la perte de chromosomes mais de la perte d’expression du gène GAL80. Ces résultats inattendus ont de fortes implications pour la communauté des drosophilistes car cela peut mener à des faux positifs dans les expériences de génération de clones. J’ai aussi découvert que les cellules souches neurales présentaient un mosaïsme dans l’expression des gènes, qui diffèrent d’autres organes et s’adaptent à des stimuli environnementaux. Ceci représente possiblement un niveau de plasticité dans le cerveau nécessaire à la diversité neuronale, l’adaptation et la survie.