Etude de la perturbation précoce des marques épigénétiques dans le cerveau fœtal exposé à l'alcool et de l'implication des voies de réponse au stress
Analysis of early epigenetic mark disruptions caused by prenatal alcohol exposure in the mouse developing brain, and involvement of stress-response pathways
par Agathe DUCHATEAU sous la direction de Délara SABÉRAN-DJONEIDI
Thèse de doctorat en Epigénétique
ED 562 Bio Sorbonne Paris Cité

Soutenue le mercredi 18 décembre 2019 à Université Paris Cité

Sujets
  • Bioinformatique
  • Embryologie
  • Foetus -- Cerveau
  • génétique
  • Méthylome
  • Séquençage à haut débit
  • Séquençage nucléotidique à haut débit
  • Stress physiologique
  • Syndrome d'alcoolisme foetal
  • Troubles du spectre de l'alcoolisation foetale
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Description en anglais
Description en français
Mots clés
HSF2 (Heat Shock Transcription Factor 2), Neuro-développement
Resumé
Le cerveau fœtal est vulnérable aux stress environnementaux comme l'exposition prénatale à l'alcool (EPA), première cause non génétique de retard mental. Ce stress induit un large spectre de défauts neurodéveloppementaux souvent diagnostiqués tardivement. Mieux comprendre les mécanismes moléculaires à l'origine de ces défauts permettrait d'élaborer des outils diagnostics fiables, pour une prise en charge précoce des sujets à risques.Le facteur de transcription HSF2 est un acteur majeur de la réponse à l'EPA dans le cerveau en développement. Bien que nécessaire au développement physiologique du cortex, il conduit, en contexte de stress, à des anomalies du développement cérébral, en changeant de cibles génomiques. De plus, dans le cortex embryonnaire, dans un contexte physiologique ou suite à une EPA, HSF2 lie DNMT3A, protéine responsable de la méthylation de novo de l'ADN.Comme, il a été montré que des adultes ayant subi une EPA présentent une perturbation de leur méthylome, il était concevable que l'interaction DNMT3A/HSF2 dans un contexte de stress, puisse, en partie, être à l'origine de cette modification du méthylome. Pour tester cette hypothèse, une alcoolisation de type binge drinking dans des cortex embryonnaires murins a été réalisée et trois études de séquençage à haut débit (NGS) ont été menées en parallèle, puis intégrées.Un ChIP-seq ciblant HSF2 dans le cortex cérébral fœtal murin a permis de cartographier les sites de fixation de ce facteur et d'identifier 280 cibles de HSF2 après cette EPA. La plupart de ces cibles sont des gènes impliqués dans le développement cérébral, dans la réponse au stress et/ou associées dans la littérature à des effets d'une EPA.L'identification de 432 régions différentiellement méthylées (DMRs), immédiatement après EPA entre des cortex fœtaux témoins (traités au PBS) ou traités à l'alcool a été possible, par une capture du méthylome. Cette analyse a nécessité la mise au point d'un outil et d'une approche bio-informatiques spécifiques. Ces DMRs se situent majoritairement au niveau d'enhancers actifs du cortex adulte. Une forte proportion des gènes affectés correspond à des gènes soumis à l'empreinte ou des gènes codant des protocadhérines (impliquées dans le neurodéveloppement ou des fonctions cérébrales), connus comme étant perturbés chez l'adulte à la suite d'une EPA. Ces gènes sont donc porteurs de marques épigénétiques anormales, déposées dès la fin de l'EPA, et constituent de potentiels biomarqueurs d'exposition. Ainsi, des cicatrices épigénétiques sont mises en place rapidement après l'EPA et suggèrent, à la lumière de la littérature, que certaines persistent chez l'adulte.Pour estimer les conséquences fonctionnelles de l'EPA sur le cerveau en développement, une étude de l'accessibilité de la chromatine et de l'expression des gènes sur la période encadrant le stress a été réalisée en contexte physiologique, en analysant des données publiques (ENCODE) d'ATAC-seq et de RNA-seq provenant de cortex préfrontaux murins non stressés. Ce data mining, a permis de dénombrer et d'identifier les régions chromatiniennes différentiellement ouvertes ou fermées, ainsi que les gènes activés ou réprimés entre les stades embryonnaires E13 et E16 dans le cortex en développement. Les DMR sont associées à des régions chromatiniennes dont l'accessibilité varie au moment du stress, mais aussi au niveau de gènes dont l'expression augmente au cours du développement, suggérant une sensibilité particulière de ces régions dynamiques du génome.L'analyse intégrée des différents jeux de données NGS, n'a pas permis de mettre en évidence une corrélation entre les sites fixés par HSF2 et les DMR. En revanche, les sites de fixation de HSF2 étant souvent associés à des sites de liaison de readers du méthylome ou des remodellers de la chromatine, il est possible que HSF2 soit impliqué dans les conséquences fonctionnelles des perturbations du méthylome dues à l'EPA, plutôt que dans la mise en place de c