Centre intégratif de génomique

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Axes de recherche

Les récepteurs des proliférateurs de peroxisomes (PPARs)

Les "Peroxisome Proliferator Activated Receptors" (PPARs) sont membres de la super-famille des récepteurs nucléaires, à laquelle appartiennent également les récepteurs des hormones stéroïdes, des hormones thyroïdiennes ainsi que de l'acide rétinoïque. L'évolution conjointe des récepteurs hormonaux nucléaires et des réponses géniques qu'ils gouvernent conduit à la régulation concertée de réseaux de gènes non apparentés, fonctionnant de façon coordonnée dans des processus tels que la formation du plan général des organismes, de la morphogenèse et de l'homéostasie. Nos recherches ont pour but d'élucider le mode d'action des PPARs Un faisceau de données tend à prouver que les trois isotypes de PPAR, PPAR alpha , PPAR beta et PPAR gamma ont une fonction intégrative dans le contrôle de l'expression de plusieurs gènes jouant un rôle clé dans le stockage et la mobilisation des graisses. Nous avons récemment démontré que non seulement le métabolisme lipidique mais aussi le métabolisme des acides aminés et celui du glucose sont régulés par les PPARs. Nos travaux ont aussi révélé le rôle essentiel de PPAR beta dans les mécanismes d'apoptose et leurs voies de régulation. Une bonne compréhension des bases moléculaires de l'action de ces récepteurs laisse entrevoir des applications médicales dans le domaine des maladies cardiovasculaires, de l'obésité, du diabète non-insulinodépendant et des pathologies de la peau

Nuclear receptors and endocrine disruptors

It has recently become evident that certain synthetic chemicals found in the environment have effects similar to estrogens and therefore might impair human and animal health. However, some of these endocrine disruptors have properties that may involve them in altering PPAR signalling, provoking metabolic as well as developmental disturbances. In this context, we are using Xenopus laevis as an experimental model of an aquatic organism for studying developmental perturbations dues to the incriminated compounds, and their relationship with PPAR functions. A new approach is also being developed, based on the use of fluorophores, to evaluate in the living cells the molecular consequences of cell exposure to endocrine disruptors

Mécanismes des perturbateurs endocriniens présents l'environnement

Depuis quelques années, un certain nombre de polluants sont soupçonnés d'avoir un effet sur le système endocrine des êtres vivants. Ces polluants seraient, entre autres, responsables de perturbations du système reproductif (diminution de la qualité du sperme chez l'Homme, démasculinisation des poisons et reptiles), en agissant comme xéno-estrogènes. Cependant certaines de ces molécules présentent des propriétés pouvant les impliquer dans une altération de la signalisation par les PPARs. Dans ce contexte, nous utilisons le xénope (Xenopus laevis) comme modèle animal aquatique, et étudions les altérations survenant au cours du développement des têtards exposés aux substances incriminées, ainsi que leur relation avec la voie des PPARs
Par ailleurs, une nouvelle approche, basée sur l'utilisation de fluorophores pour évaluer dans la cellule vivante les conséquences moléculaires de l'exposition à de telles molécules, est actuellement élaborée

Génération de souris mutantes pour les gènes PPARs

La mutation du gène PPAR alpha chez la souris a été obtenue par le groupe du Dr Frank Gonzales, au NIH, USA. Depuis, l'utilisation de ce modèle animal a permis de préciser et de comprendre certains rôles clés de ce récepteur nucléaire. Nous avons maintenant réalisé des souris modifiées génétiquement pour le gène PPAR beta et PPAR gamma. Dans les deux cas, les embryons homozygotes (i.e. ne disposant plus d'aucune copie valide du gène en question) meurent in utero entre le 9ème et le 10ème jour de vie foetale. Cette mort embryonnaire est due à des défauts de développement du placenta que nous sommes actuellement en train de caractériser
En parallèle et pour circonvenir à ce problème, nous générons des lignées de souris chez lesquelles le gène PPAR beta ou PPAR gamma peut être éliminé à l'âge adulte, dans un tissu donné et à un moment donné. Ces lignées dites "knock-out conditionnelles" représentent un outil majeur pour notre compréhension du rôle de ces facteurs dans l'homéostasie de l'organisme adulte

La fonction des PPARs dans la réparation des tissus

Les PPARs sont bien exprimés dans la peau au cours du développement. A l'âge adulte, cette expression est réduite en condition basale mais réapparait lors de blessures ou d'inflammation. Nous nous intéressons au rôle et mécanismes d'action des PPARs dans ce tissu, in vivo, dans des cultures de kératinocytes primaires et dans de la peau reconstituée en culture. Plus particulièrement, nous analysons le rôle de PPAR alpha dans la réaction inflammatoire associée aux blessures et le rôle de PPAR beta dans les processus de prolifération / différenciation / apoptose qui surviennent dans tout processus de cicatrisation. Le rôle des PPARs dans la réparation des tissus est également étudié dans les modèles d'ischémie cérébrale et dans les lésions intestinales

La fonction de PPARs au cours du développement

La fonction des PPARs et plus particulièrement celle de PPAR beta dans les processus de réparation tissulaire évoque la possibilité pour PPAR beta de participer aux voies de différenciation cellulaire mise en jeu au cours du développement. L'étude des souris mutantes pour le gène PPAR beta nous permet d'en approfondir deux aspects particuliers : d'une part au niveau du placenta, car la létalité embryonnaire des embryons homozygotes PPAR beta -/- est liée à un défaut de différenciation d'une des couches placentaires, d'autre part au niveau de l'intestin où PPAR beta est nécessaire au développement normal de certaines cellules sécrétrices

Qu'elles sont les différences génétiques qui nous différencient des autres primates ?

Qu'est-ce qui est génétiquement unique aux humains et leurs plus proches cousins, les singes, en comparaison aux autres primates non-humanoïdes ?
La résolution de ces nouveautés dans la récente évolution du génome humain nous fournit des indices en ce qui concerne le phénotype en relation avec les conditions anatomiques, physiologiques et pathologiques qui sont spécifiques aux humains
Les différences génétiques parmi les primates impliquent par exemple des réarrangements chromosomiques grossiers, des changements dans l'architecture cytogénétique, des différences dans la transcription des gènes et la création (la perte) de gènes. Nous sommes intéressés dans tous ces mécanismes qui ont affecté le génome des primates et comme conséquence, la diversité phénotypique. En ce moment nous nous intéressons à l'origine et à l'évolution des gènes de primates et à la structure des gènes. De nouveaux gènes apparaissent à travers différents mécanismes moléculaires comme les mécanismes classiques de duplication de gènes (par ex. la duplication des gènes en tandem), la copie de gènes par rétroposition, le mélange exon/domaine et la fusion de gènes. Nous poursuivons plusieurs projets qui tendent à éclairer l'importance relative de ces mécanismes dans la génération de gènes de primates

De nombreuses pathologies humaines sont dues à des réarrangements chromosomiques impliquant des régions de notre génome rendues instables par la présence de répétitions spécifiques

Nous nous proposons d'étudier comment ces délétions et insertions influencent l'expression des gènes

Participation à l'annotation du génome humain dans le cadre du projet ENCODE (ENCyclopedia Of DNA Elements) du NHGRI

(cf. http://www.genome.gov/10005107)

Participation à l'établissement d'un atlas d'expression de 20'000 gènes de la souris dans le cadre du consortium européen EURexpress

Génétique du Sommeil et ses Troubles (Prof. Mehdi Tafti):

Etude des bases génétiques de la régulation des états de vigilance chez la souris en particulier les bases moléculaires de la réponse homéostasique à une privation de sommeil
Etude des bases génétiques des troubles du sommeil comme la narcolepsie et le somnambulisme

Les gènes codant pour les petits ARN nucléaires constituent un système idéal pour étudier les mécanismes de transcription

Le système utilisé est celui des gènes codant pour les petits RNA nucléaires (gènes snRNA), qui sont eux-mêmes nécessaires pour certains aspects de la maturation d'autres molécules d'ARN tels que, par exemple, les ARN messagers, et pour la traduction des ARN messagers en protéines. Ces gènes ont la particularité d'avoir tous des promoteurs assez semblables bien que certains d'entre eux soient transcrits par la polymérase II alors que d'autres sont transcrits par la polymérase III. Ils nous offrent donc la possibilité d'étudier quels sont les aspects clés d'un promoteur (et des facteurs qui se lient a ce promoteur) qui spécifient quelle ARN polymérase sera recrutée. De plus, dans le cas de la transcription par l'ARN polymérase III, nous pouvons reconstituer la réaction in vitro à partir de facteurs bien définis Puisque la machinerie de transcription de base est la cible de nombre de signaux régulateurs, ceci nous donne l'opportunité d'étudier par quels mécanismes l'activité de cette machinerie de base est contrôlée

Recrutement spécifique de la polymérase appropriée

Les ARN polymérases eucaryotes sont incapables de se lier à leurs promoteurs sans l'aide de facteurs accessoires appelés facteurs de transcription. Certains de ces facteurs peuvent reconnaître et se lier à de courtes séquences d'ADN présentes dans les promoteurs. Ils forment une plateforme sur le promoteur, à laquelle viennent s'ajouter d'autres facteurs de transcription. Le complexe protéique qui en résulte est ensuite capable de recruter la polymérase. Les promoteurs des gènes snRNA reconnus par l'ARN polymérase III diffèrent de ceux reconnus par l'ARN polymérase II par la présence d'un élément TATA (TATA box). Cette simple différence est responsable du recrutement spécifique de la polymérase appropriée, par le biais du recrutement d'un complexe contenant, notamment, un polypeptide appelé Brf2 (TFIIB-related factor). Comme son nom l'indique, ce polypeptide est apparenté au polypeptide TFIIB, qui lui est responsable du recrutement de la polymérase II sur les promoteurs reconnus par cette enzyme. Il semble donc que le recrutement spécifique de la polymérase II ou III découle du recrutement par le promoteur de TFIIB ou Brf2. Une des questions que ces observations soulèvent est, quelles sont les différences critiques entre TFIIB et Brf2 qui mènent au recrutement spécifique de la polymérase II ou III? Cette question peut être résolue par des méthodes biochimiques

Mécanismes de régulation de la transcription pas la polymérase III

La transcription du gène snRNA U6, qui est effectuée par la polymérase III, peut être obtenue in vitro en présence de huit facteurs de transcription recombinants et de la polymérase III isolée à partir de cellules de culture humaines. Durant l'isolation de la polymérase III, plusieurs facteurs co-purifient avec les dix-sept sous-unités de la polymérase. Un de ces facteurs est une protéine kinase appelée CK2. Nous nous sommes donc intéressés au rôle que CK2 pourrait jouer dans la régulation de la transcription par la polymérase III. Nos résultats indiquent que CK2 peut jouer deux rôles opposés : en phosphorylant une des facteurs de transcription, appelé Bdp1, CK2 inhibe la transcription par la polymérase III. D'autre part, en phosphorylant la polymérase elle-même, CK2 rend l'enzyme active et de ce fait active la réaction de transcription. L'action négative de CK2 semble s'exercer lors de la mitose et est probablement responsable de l'inhibition générale de la transcription par la polymérase III qui a lieu durant cette phase du cycle cellulaire. L'action positive de CK2 s'exerce entre autre durant la phase de synthèse de l'ADN (phase S) du cycle cellulaire, pendant laquelle l'activité de la polymérase III est particulièrement élevée.Une question intrigante qui se pose immédiatement est comment la même kinase, CK2, peut-elle être programmée à phosphoryler différentes cibles, avec des effets contraires, à différents moments du cycle cellulaire

La beta-actine est nécessaire pour la transcription par la polymérase III

Un autre facteur qui se trouve associé à la polymérase III lors de sa purification est la beta-actine. Cette protéine a été étudiée depuis de nombreuses années en tant que protéine cytoplasmique nécessaire au trafic intracellulaire et aux changements de formes associés à la division cellulaire, l'endocytose, et l'adhésion cellulaire Cependant, la beta-actine est aussi présente dans le noyau où elle constitue, notamment, une sous-unité de plusieurs facteurs de remodelage de la chromatine Lors du traitement de cellules en culture avec un agent qui provoque des dommages dans l'ADN, la beta-actine se sépare du reste de la polymérase III, et cette enzyme démunie de beta-actine est inactive. Pour réactiver l'enzyme, la phosphorylation par la CK2 ainsi que l'addition de beta-actine recombinante sont toutes deux nécessaires. Ceci montre, d'une part, que l'association de la beta-actine avec la polymérase III est un évènement régulé, et, d'autre part, que la beta-actine est nécessaire pour la transcription par la polymérase III. La beta-actine peut donc être considérée comme un facteur de transcription. Il s'agit maintenant de découvrir quel rôle précis est joué par la beta-actine durant la réaction de transcription

Ces activités de recherche peuvent être trouvées sur Internet à l'adresse

http://www.unil.ch/cig/page5567.html

Compétences

Analyse moléculaire et cellulaire des mécanismes de contrôle de la transcription du matériel génétique

Maîtrise des outils du génie génétique

Evaluation de phénotypes métaboliques

Imagerie cellulaire

Culture primaire de cellules d'origine murine

Enregistrement et analyse du sommeil et du rythme circadian de l'activité-repos et la température chez la souris

Génomique

Cartographie génétique

Construction et production de souris transgéniques

Analyse d'expression de gènes par microarray et Real-Time RT-PCR

Neuroanatomie, immunohistochimie, in-situ hybridation

Biochimie, biologie moléculaire, biologie cellulaire