Étude des altérations du programme de réplication lors du vieillissement cellulaire : peuvent-elles être reprogrammées ?

par Hélène Schwerer

Thèse de doctorat en Biologie Santé

Sous la direction de Jean-Marc Lemaître.


  • Résumé

    La réplication de l'ADN, qui doit assurer à chaque cycle cellulaire une copie fidèle du génome pour que les cellules filles héritent du même génome, est un processus hautement régulé, faisant intervenir son organisation en chromatine mais aussi sa dynamique au sein de l'architecture nucléaire. Le vieillissement cellulaire, qu'il soit physiologique, pathologique ou induit in vitro par des conditions de culture sub-optimales, est accompagné de modifications de l'organisation du génome en chromatine, susceptibles de modifier la régulation spatiotemporelle du programme de réplication. Dans quelle mesure ces modifications sont réversibles et s'accompagnent d'une restauration du programme de réplication sont des questions que nous avons abordées. Notre étude a donc consisté dans un premier temps à analyser les modifications du programme de la réplication, dans différentes situations de vieillissement cellulaire, afin de vérifier notre hypothèse. Nous avons analysé sur l'ensemble du génome l'organisation spatiale (le long du génome) et temporelle des domaines de réplication, le timing, de cellules prolifératives ou approchant de la sénescence réplicative, de donneurs jeunes, âgés ou encore atteints de vieillissement accéléré ou progéria. Nous avons pu observer que certains domaines de timing permettent de distinguer des cellules jeunes de cellules âgées, ou des cellules prolifératives de pré-sénescentes. Afin d'explorer la réversibilité de ces processus, nous avons utilisé la reprogrammation en cellules souches pluripotentes induites ou iPS, suivie d'une redifférenciation fibroblastique. Nous avons pu démontrer que les iPS produites présentaient toutes les mêmes profils de timing, correspondant à celui d'une cellule pluripotente, indiquant que les modifications liées à l'âge ou à la sénescence pouvaient être reprogrammées. Ceci a ensuite été confirmé par une redifférenciation de ces iPS en cellules fibroblastiques dont les profils de timing de réplication ont pu être associés à ceux de fibroblastes jeunes. Cette étude nous a permis de mettre en évidence l'extrême plasticité de l'organisation spatio-temporelle de la réplication, révélant la possibilité de restaurer une dynamique de réplication altérée avec le vieillissement et l'entrée en sénescence, en manipulant le destin cellulaire vers un état indifférencié. Cette étude de la dynamique des domaines de réplication qui accompagne les modifications épigénétiques de la vie cellulaire a été complétée par l'étude à l'échelle moléculaire du rôle d'une histone déméthylase, Jarid1C/KDM5C, dans la réplication au sein des clusters d'origines. Ensemble, ces résultats apportent de nouveaux éléments sur l'interdépendance des dynamiques chromatiniennes et de réplication au cours de la vie cellulaire.

  • Titre traduit

    Study of replication program alterations upon aging : can they be reprogramed back ?


  • Résumé

    DNA replication allows at each cell cycle the exact copy of the genome that will be transmitted to daughter cells. Thus, the replication process is highly regulated in concert with its chromatin organization but also its dynamics in the nuclear architecture. Cellular ageing, be it physiologic, pathologic or induced in vitro by sub-optimal culture conditions, is accompanied by modifications of the chromatin organization of the genome. This could lead to spatio-temporal modifications of the replication program. We studied to what extent these modifications are reversible and could lead to the recovery of the replication program. In a first step, we analyzed modifications of the replication program upon several ageing situations to test our hypothesis. We analyzed the whole genome spatio-temporal organization of replication domains, the timing, of proliferating or near-senescent cells, of young, old or progeria (a premature ageing disease)-affected donors. We observed that young cells could be distinguished from old cells, and proliferative from near-senescent, by looking at some particular timing domains. To explore the reversibility of these processes, we used reprogramming to induce pluripotent stem cells (iPS cells) followed by fibroblastic re-differentiation. We were able to demonstrate that the derived iPS cells have similar timing profiles corresponding to pluripotent cells profiles: ageing- and senescence-related modifications of the replication timing could be reprogrammed. It was confirmed by re-differentiating these iPS into fibroblastic cells which timing profiles could be associated to young fibroblasts ones. By manipulating cell fate toward an undifferentiated state, this study shows the extreme plasticity of the DNA replication spatio-temporal organization and highlights a chance to restore the replication dynamics when altered by ageing and senescence. This study of the replication dynamics linked to the epigenetic modifications of cells life was completed by a study at the molecular scale of the Jarid1C/KDM5C histone demethylase influence on replication within origin clusters. Together, these results bring new insights into the interdependency of chromatin and replication dynamics during cell fate modifications.

Consulter en bibliothèque

La version de soutenance existe

Où se trouve cette thèse ?