Etude de la relation entre les réarrangements chromosomiques et la structure 3D de la chromatine chez la Drosophile

par Sylvain Pulicani

Projet de thèse en Informatique

Sous la direction de Eric Rivals et de Giacomo Cavalli.

Thèses en préparation à Montpellier , dans le cadre de École Doctorale Information, Structures, Systèmes (Montpellier ; 2015) , en partenariat avec Laboratoire d'Informatique, Robotique et Micro-électronique de Montpellier (laboratoire) et de Département Informatique (equipe de recherche) depuis le 01-10-2015 .


  • Résumé

    Les inversions de segments chromosomiques chez la drosophile ont été découvertes depuis presque un siècle et elles ont été mises en relation avec des aberrations phénotypiques. Par exemple, certaines souches de drosophile portant une certaine inversion produisaient principalement des femelles dans la progéniture. Nous savons désormais que des réarrangements de larges portions du matériel génétique sont ubiquitaires le long de la phylogenèse. Ces réarrangements sont importants pour prévenir des croisements fertiles entre espèces différentes (isolement reproductif) et ils ont des conséquences sur la régulation génique. Pour ces raisons, il est intéressant d'étudier les mécanismes et les contraintes à l'œuvre dans l'apparition et la fixation des réarrangements dans des populations. Chez les eukaryotes, le génome est organisé en chromosomes qui sont condensés dans le noyau où ils forment des polymères complexes qui sont souvent assimilés à des nouilles dans une assiette. Récemment, il a été proposé qu'un lien existe entre cette structure 3D et la position des points de cassures à la base des réarrangements chromosomiques. Dans ce cadre, l'évolution du génotype serait gouvernée par la jonction de points de cassures proches dans les trois dimensions du noyau cellulaire au moment de la cassure d'ADN. La méthode appelé Hi-C, qui permet de cartographier la proximité spatiale entre loci chromosomique a ouvert la voie à une étude de la relation entre proximité 3D et évolution des réarrangements. Nous appliquons cette méthodologie pour dériver, pour la première fois, des scénarios qui mettent en relation la structure des chromosomes à leur évolution dans des espèces de drosophile. Nous allons établir des liens entre des problèmes d'optimisation classique et des nouveaux problèmes de scénarios évolutifs. Ce projet sera donc essentiellement bio-informatique et bénéficiera du support des données biologiques (Equipe Cavalli, IGH) et des développements algorithmiques (Equipe Swenson, LIRMM).

  • Titre traduit

    Linking large scale genome rearrangement to 3D chromatin structure in Drosophila


  • Résumé

    Inversions (also called reversals) of segments of the chromosomes in Drosophila were first discovered almost a century ago and linked to phenotypic aberrations; some fly strains that had a particular inversion produced mostly female offspring. We now know that rearrangements of large portions of genetic material are ubiquitous in the tree of life. In a general context, rearrangements are thought to serve an important role in preventing different species from combining to create offspring (reproductive isolation), and have important consequences on gene regulation. Thus the primary mechanisms and constraints governing the advent and fixation of rearrangements in a population are of high interest. In eukaryotes, the genome is organized into chromosomes that are packed into the nucleus like a spherical block of uncooked ramen noodles. Recently, interest in a link between this 3D structure and the breakpoints of rearrangements has emerged; a clean and simple picture of genotype evolution is consistent with the hypothesis that evolutionary rearrangements happened between pairs of breakpoints that were generally close in space. The advent of Hi-C methods for chromosome capture has recently opened the door to similar study on an evolutionary scale. We are developing the methodology to, for the first time, relate chromatin conformation to scenarios of rearrangements between distant species. Links to classical optimization problems such as maximum independent set on circle graphs are being made, and new problems related to non-crossing partitions are being explored. This project will focus on developing computational methods (Swenson lab, LIRMM), benefitting from data in the context of the fruit fly (Cavalli lab, IGH).