Projet ANR-06-PCVI-0026 – DNAnucl : DNA sequence effects on the structure and dynamics of nucleosome
Programme : Physique et Chimie du Vivant (PCV) (PCV) 2006
Année de financement : 2006
Coordinateur du projet : CNRS DELEGATION REGIONALE RHONE AUVERGNE (CNRS DELEGATION REGIONALE RHONE AUVERGNE)
Partenaires : Centre national de la recherche scientifique; Centre national de la recherche scientifique; École normale supérieure de Lyon
Montant : 450000.0 euros
Date de début : 2006
Durée : 36 mois
Résumé : 1-Contexte scientifique et objectifs du projet : La compaction du génome dans un volume très réduit, contrainte commune à tous les organismes vivants, demeure de nos jours une énigme tant d'un point de vue structural que dynamique. La séquence modulant les propriétés structurales (courbure et torsion intrinsèques) et mécaniques (élasticité) de l'ADN, on peut raisonnablement penser que celle-ci influe sur les divers stades de compaction chromosomique. Ce projet constitue la suite logique d'une analyse multi-échelle comparative des séquences génomiques qui a mis en évidence l'existence de corrélations à longue portée (CLP) sur la gamme d'échelle 10-200pb, signature des nucléosomes, et sur de plus grandes échelles, empreinte des processus de condensation-décondensation de la fibre de chromatine. Ces CLP observées dans le désordre structural du polymère ADN eucaryote pourraient avoir été sélectionnées au cours de l'évolution pour prédisposer celui-ci à former spontanément des boucles de petite taille très mobiles, favorisant d'une part la formation des nucléosomes et d'autre part l'optimisation de leur dynamique de repositionnement.  Le principal objectif de ce projet est de poursuivre ces études théoriques et numériques et de développer des expériences originales permettant de visualiser et quantifier dans quelle mesure la séquence influence, voire favorise le compromis entre la compaction du génome et la nécessaire accessibilité de celui-ci aux protéines de transcription et de réplication.  2-Description du projet, méthodologie : Ce projet s'organise en 3 parties : (i) modélisation des CLP sur les propriétés élastiques de chaînes ADN nues et visualisation expérimentale des propriétés thermodynamiques de fragments d'ADN de quelques kpb ; (ii) étude numérique et expérimentale de l'interaction ADN-histones et influence des CLP sur la formation et la mobilité thermique des nucléosomes ; (iii) visualisation et modélisation du glissement des nucléosomes induit par les facteurs de remodelage.  Ce projet scientifique repose sur la combinaison unique d'expertises présentes au Laboratoire Joliot-Curie de l'ENS Lyon : biochimie et biologie moléculaire (construction et production d'ADN, reconstitution des nucléosomes, facteurs de remodelage), physique expérimentale (micromanipulation de molécules uniques, imagerie AFM, résonance de plasmons de surface), physique théorique (analyse multi-échelle des séquences ADN, modélisation de la chromatine, analyse du signal et de l'image).   3-Résultats attendus : Effets des CLPs sur la conformation du polymère ADN : les expériences de visualisation proposées permettront de quantifier l'effet des CLP sur la conformation de fragments d'ADN de longueur proche de la longueur de persistance (~ 200pb) à l'équilibre thermodynamique 2D. D'autre part, les études analytiques et numériques des distributions de distances bout à bout de petits ADN seront effectuées en prenant en compte l'hétérogénéité du polymère ADN, pour comprendre comment les contraintes de torsion sont redistribuées en 2D. Ces approches seront confrontées sur des ADNs intrinsèquement droits (pas de désordre structurel), viraux (pas de CLP), humains (fortes CLP), et sur des séquences de régions fonctionnelles (promoteurs, origines de réplication). Effets de séquence sur l'interaction ADN-histones et sur la mobilité thermique des nucléosomes : la modélisation de l'effet des CLP sur la formation spontanée de boucles d'ADN 2D sera généralisée à la formation et la dynamique de nucléosomes en incluant un potentiel d'interaction ADN-histones. Expérimentalement, nous quantifierons l'efficacité de la reconstitution du nucléosome et la mobilité thermique d'un mono-nucléosome en fonction de la séquence : ADN droit (diffusion), ADN viral (coefficient de diffusion plus élevé), ADN humain (hyperdiffusion). L'étape suivante consistera à généraliser notre étude numérique au chapelet nucléosomal et à la dynamique de repositionnement des nucléosomes après pert..