Conformation 3D du génome et expression génique dans la cellule musculaire porcine en fin de gestation

3D genome conformation and gene expression in fetal pig muscle at late gestation

• Auteur / Autrice : Maria Eugenia Marti Marimon
• Direction : Martine Yerle-Bouissou, Sylvain Foissac
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Pathologie, Toxicologie, Génétique et Nutrition
• Date : Soutenance le 09/11/2018
• Etablissement(s) : Toulouse, INPT
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences écologiques, vétérinaires, agronomiques et bioingénieries (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Génétique Physiologie et Systèmes d'Élevage (Castanet-Tolosan, Haute-Garonne ; 2014-....)
• Jury : Président / Présidente : Olivier Gadal
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Martine Yerle-Bouissou, Sylvain Foissac, Carole Charlier, Frédéric Bantignies
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Carole Charlier, Frédéric Bantignies

Mots clés

Mots clés contrôlés

Expression génique

Animaux -- Ressources génétiques

Mortalité

Porcelets

Porc -- Élevage

Mots clés libres

Architecture nucléaire

Muscle foetal porcin

Hi-C

Cartes de contact

3D DNA FISH

Réseau de co-expression génique

Nuclear architecture

Porcine fetal muscle

Hi-C

Contact maps

3D DNA FISH

Gene coexpression network

Résumé

Dans le secteur de l’élevage porcin, les truies ont été sélectionnées pendant des décennies pour leur prolificité afin de maximiser la production de viande. Cependant, cette sélection a été associée à une mortalité plus élevée des nouveau-nés. Dans ce contexte, le muscle foetal squelettique est essentiel à la survie du porcelet, car il est nécessaire pour les fonctions motrices et la thermorégulation. Par ailleurs, la structure tridimensionnelle du génome s'est avérée jouer un rôle important dans la régulation de l'expression génique. Ainsi, dans ce projet, nous nous sommes intéressés à la conformation 3D du génome et l'expression des gènes dans les noyaux des cellules musculaires porcines à la fin de la gestation. Nous avons initialement développé une approche originale dans laquelle nous avons combiné des données transcriptomiques avec des informations de localisations nucléaires (évaluées par 3D DNA FISH) d'un sous-ensemble de gènes, afin de construire des réseaux de gènes co-exprimés. Cette étude a révélé des associations nucléaires intéressantes impliquant les gènes IGF2, DLK1 et MYH3, et a mis en évidence un réseau de gènes interdépendants spécifiques du muscle impliqués dans le développement et la maturité du muscle foetal. Nous avons ensuite évalué la conformation globale du génome dans les noyaux musculaires à 90 jours et à 110 jours de gestation en utilisant la méthode de capture de conformation de chromatine à haut débit (Hi-C) couplée au séquençage. Cette étude a permis d'identifier des milliers de régions génomiques présentant des différences significatives dans la conformation 3D entre les deux âges gestationnels. Fait intéressant, certaines de ces régions génomiques impliquent les régions télomériques de plusieurs chromosomes qui semblent former des clusters préférentiellement à 90 jours. Plus important, les changements observés dans la structure du génome sont associés de manière significative à des variations d'expression géniques entre le 90ème et le 110ème jour de gestation.

In swine breeding industry, sows have been selected for decades on their prolificacy in order to maximize meat production. However, this selection is associated with a higher mortality of newborns. In this context, the skeletal fetal muscle is essential for the piglet’s survival, as it is necessary for motor functions and thermoregulation. Besides, the three-dimensional structure of the genome has been proven to play an important role in gene expression regulation. Thus, in this project, we have focused our interest on the 3D genome conformation and gene expression in porcine muscle nuclei at late gestation. We have initially developed an original approach in which we combined transcriptome data with information of nuclear locations (assessed by 3D DNA FISH) of a subset of genes, in order to build gene co expression networks. This study has revealed interesting nuclear associations involving IGF2, DLK1 and MYH3 genes, and highlighted a network of muscle specific interrelated genes involved in the development and maturity of fetal muscle. Then, we assessed the global 3D genome conformation in muscle nuclei at 90 days and 110 days of gestation by using the High-throughput Chromosome Conformation Capture (Hi¬ C) method. This study has allowed identifying thousands of genomic regions showing significant differences in 3D conformation between the two gestational ages. Interestingly, some of these genomic regions involve the telomeric regions of several chromosomes that seem to be preferentially clustered at 90 days. More important, the observed changes in genome structure are significantly associated with variations in gene expression between the 90th and the 110th days of gestation.