Rôle et détection des enhancers au cours de la différentiation normale et en contexte leucémique

Résumé

Les promoteurs et les enhancers sont des séquences d’ADN nécessaires pour réguler de manière fine l’expression génique au cours du développement et de la différentiation. Cette régulation permet à chaque type cellulaire de remplir des fonctions spécifiques au sein des tissus et organes des organismes multicellulaires. Promoteurs et enhancers régulent la transcription en recrutant des Facteurs de Transcription spécifiques qui peuvent modifier la chromatine et activer la transcription. De multiples enhancers sont activés ou réprimés afin d’assurer l’expression de gènes critiques à des stades spécifiques de la différenciation des lymphocytes T, modèle principal de ma thèse. Des mutations peuvent modifier les séquences non-codantes des promoteurs et enhancers, par la création ou la suppression de sites d’interaction avec des Facteurs de Transcription. Ces mutations peuvent conduire à l’expression aberrante d’oncogènes majeurs susceptibles de provoquer un développement cancéreux. La Leucémie Aigue Lymphoblastique des cellules T (T-ALL) apparaît au cours du développement et la différenciation des lymphocytes T, particulièrement chez les enfants, avec des taux de mortalité et de rechute importants.Durant ma thèse, dans une première étude, nous avons analysé la dynamique des enhancers et promoteurs murins au cours du développement et de la différenciation des lymphocytes T par des approches épigénomiques et transcriptomiques. Nous avons pu montrer en particulier que les gènes à multiples promoteurs utilisent pendant la différenciation de multiples enhancers, avec dans certains cas une spécificité enhancer-promoteur. Nous avons également étudié la régulation du choix de promoteur via la répression spécifique du complexe Polycomb à des promoteurs alternatifs pour un même gène. Dans une deuxième étude focalisée sur l’étude d’échantillons de patients T-ALL, nous avons créé un outil bioinformatique appelé EIDA (Détection et Analyse d’Enhancers contenant des Insertions, « Enhancer Insert Detection and Analysis »). Cet outil permet la détection d’insertions ou de délétions liées au gain de régions régulatrices. Le pipeline EIDA permet de détecter, lister et résumer la création ou disparition de sites d’interactions avec des Facteurs de Transcription, mais aussi la composition globale de l’ADN au niveau de l’insertion. L’outil réalise également un criblage de gènes, permettant rapidement de détecter si des gènes importants sont proches d’enhancers ou de promoteurs dérégulés.

mots clés

Titre traduit

Role and detection of enhancers during normal and leukemic T-cell differentiation
Résumé

Enhancers and promoters are DNA sequences needed to precisely tune gene expression, in order to promote specific cellular functions during development and differentiation. They regulate gene transcription by recruiting specific Transcription Factors that modify chromatin, bend it to create contact between enhancer and promoter leading to gene transactivation. To ensure expression of critical genes at specific times, places and levels, multiple enhancers are activated and repressed, for example during T-cell development. Mutations, particularly in the context of cancer, can modify enhancer and promoter DNA sequences, creating or suppressing Transcription Factor binding sites. Those mutations tend to express critical genes in a wrong context, potentially leading to cancer. T-cell Acute Lymphoblastic Leukemia (T-ALL) happens during T-cell development, particularly in children, with important mortality and relapse risk.During my thesis, we detected and filtered active putative enhancers through T-cell development using epigenomic approaches. Using various bioinformatics analyses, we found that genes with multiple promoters have multiple enhancers with a dynamic usage during differentiation. We also shed light on the role of Polycomb-driven repression in alternative promoter choice. I have also studied de novo enhancers, created by small insertions during normal and pathogenic situations in human samples. Focusing on T-ALL, we created a tool called EIDA (Enhancer Insert Detection and Analysis) for the detection of mono-allelic dysregulation of enhancers associated to insertional events. The EIDA pipeline allows for a thorough analysis of sequence context at insertion sites, including Transcription Factor binding sites created or disrupted by insertions. EIDA also screens for mutations in enhancers and promoters linked to dysregulated differentiation or cancer genes, allowing at a quick glance at the putatively most important candidates associated to insertions.