Les approches de génétique conventionnelle, bien qu’efficaces pour caractériser des facteurs impliqués dans les modifications de l’activité des gènes, atteignent leurs limites lorsqu’il s’agit d’étudier l’impact direct de marques épigénétiques* sur la transcription et le développement des plantes ; ceci en raison, entre autres, de facteurs aux activités redondantes et plurivalentes. Pour tenter de contourner cette limitation, des chercheurs de l’équipe Dynamiques Chromatiniennes et Transitions Développementales (ChromDev) au
CEA-Irig/LPCV ont utilisé une nouvelle approche d'édition épigénétique basée sur la
technologie dCas9* (« dead » Cas9), permettant de révéler les fonctions directes et véritables de marques épigénétiques.
La marque épigénétique H3K27me3, modification chromatinienne conservée chez les eucaryotes multicellulaires, est fortement associée à la répression des gènes développementaux. L’étude démontre sa fonction exacte chez les plantes pour le recrutement ciblé, via dCas9, d’une activité enzymatique sur le gène développemental
CUP SHAPED COTYLEDON 3 (CUC3) d’Arabidopsis thaliana, en utilisant un outil d'édition épigénétique. Le retrait de la marque H3K27me3 induit une transcription plus étendue de CUC3 dans les tissus de la plante, entraînant une altération de la morphologie des feuilles et la production d’inflorescences bifides.
Figure : Démonstration de l'efficacité d'un outil d'édition épigénétique sur une cible spécifique : le gène frontière CUC3 d'Arabidopsis thaliana, pour lequel le retrait de la marque H3K27me3 entraîne l'extension de son domaine d'expression, suivie de changements développementaux chez la plante (e.g. la taille et la forme des feuilles de rosette, comme illustré ici).
© CEA-Irig/LPCV/ChromDev/C. Carles
L'édition épigénétique promet d’être une approche puissante pour disséquer les impacts fonctionnels des marques épigénétiques sur la transcription et la morphogenèse. La mise en œuvre de systèmes d’édition inductibles permettra d’en suivre les effets en temps réel.
Edition épigénétique*: modification moléculaire ciblée par l’action d’une enzyme qui altère une marque épigénétique, sans changer la séquence d’ADN. Cette édition vise à reprogrammer l’activité du gène ou de la région génomique ciblée.
Marque épigénétique/chromatinienne* : groupement chimique fixé à l’ADN ou aux protéines histones qui y sont associées. Cette marque peut influencer l’accessibilité aux gènes et moduler leur transcription. La marque chromatinienne éditée dans cette étude est la triméthylation de la lysine en position 27 de l’histone H3 (H3K27me3) ; par nos travaux, nous observons son rôle répresseur sur la transcription.
Technologie dCas9* : variante de la technologie CRISPR-Cas9. Cette dernière utilise un court ARN (ARN guide) pour amener l’enzyme Cas9, à une séquence précise d’ADN pour y effectuer une coupure, déclenchant ainsi un mécanisme de réparation et donc une modification du gène correspondant. dCas9 (« dead » Cas9) est rendue inactive pour la coupure, mais peut toujours se fixer à un endroit précis de l’ADN grâce à l’ARN guide. Si elle est couplée à une enzyme modifiant une marque épigénétique, dCas9 l’amène sur une région d’ADN spécifique pour changer cette marque (ici, pour retirer H3K27me3).
Financements : Agence Nationale de la Recherche (ANR-18-CE20-0011-01, PRC projet REWIRE coordonné par Christel Carles), Labex Gral (Grenoble Alliance for Cell and Structural Biology, ANR-10-LABX-49-01), et Graduate School CBH de l'UGA (ANR-17-EURE-0003).
Collaboration : IBMP (Institut de Biologie Moléculaire des Plantes), Dr. Alexandre Berr.