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 - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2019

Analysis of early epigenetic mark disruptions caused by prenatal alcohol exposure in the mouse developing brain, and involvement of stress-response pathways

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

Agathe Duchateau
  • Fonction : Auteur
  • PersonId : 1220731
  • IdRef : 254028837

Résumé

Fetal brain is vulnerable to environmental stress such as prenatal alcohol exposure (PAE), the leading non-genetic cause of mental retardation. This stress induces a wide spectrum of neurodevelopmental defects that are often lately diagnosed. A better understanding of molecular mechanisms underlying these defects would help to develop reliable diagnostic tools for the early care of high-risk subjects.HSF2 transcription factor is a major actor of PAE response in the developing brain. Necessary for cortical physiological development, it also leads, in the context of chronic PAE stress, to abnormalities in brain development by changing its genomic targets. In addition, V. Mezger's team has demonstrated, in the embryonic cortex, that HSF2 binds DNMT3A - in a physiological context or following a PAE, DNMT3A being responsible for de novo DNA methylation.Since it has been shown that the methylome profile of adults that were exposed to a PAE stress, is often perturbed, it was conceivable that the DNMT3A/HSF2 interaction, in a stressful context, may, in part, be responsible for this methylome profile modifications. To test this hypothesis, three integrative high-throughput sequencing (NGS) studies were conducted, using cerebral cortices of mouse embryos exposed, or not, to PAE corresponding to a binge drinking alcoholization.ChIP-seq experiments, targeting HSF2 in alcohol-exposed fetal cortices, allowed us to map its binding sites in the genome, and identify 280 HSF2 targets. Most of these target sites are associated with genes involved in brain development or in stress response. Some of these genes are also linked, in the literature, with PAE effects.Few hours after PAE, 432 differentially methylated regions (DMRs) were identified between control (PBS treated) or alcohol-treated fetal cortices, using a methylome capture protocol. This analysis required the development of specific bioinformatics tools and approaches. These DMRs are mainly localized in active enhancers of the adult cortex. A high proportion of their associated genes correspond to imprinted genes or genes encoding clustered Protocadherins, both involved in neurodevelopment or brain function, and known to be impacted in adults prenatally exposed to an alcoholic stress. Because their deposition is linked to PAE per se and show some persistence in the postnatal/adut period, this strongly reinforces their potential as biomarkers of exposition. These results indicate that epigenetic ‘scars‘ are deposited very quickly after PAE and suggest, based on the literature, that some of them persist in adults.To estimate the functional consequences of PAE on the developing brain, a study of chromatin accessibility and gene expression over the stress period was conducted in a physiological context, analyzing public data (ENCODE) of ATAC-seq and RNA-seq from unstressed murine prefrontal cortices. This data mining study allowed us counting and identifying the chromatin regions that are differentially opened or closed, as well as the genes that are activated or repressed between the embryonic stages E13 and E16 in the developing cortex. Of note, a proportion of DMRs are significantly associated with chromatin regions whose accessibility varies - under physiological conditions - during the stress period, but also with genes whose expression increases during development, suggesting a particular vulnerability at these dynamic regions of the genome to stress.Our integrative analysis of the different NGS datasets did not reveal any correlation between HSF2 binding sites and the DMRs. However, since HSF2 target sequences contain often binding sites of methylome readers or chromatin remodellers, HSF2 might be involved in functional consequences of PAE-induced methylome disturbances, rather than in the establishment of these defects.
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 ces défauts.
Fichier principal
Vignette du fichier
DUCHATEAU_Agathe_vd.pdf (21.15 Mo) Télécharger le fichier
Duchateau_Agathe_vd_annexe.docx (5.97 Mo) Télécharger le fichier
Origine : Version validée par le jury (STAR)
Format : Autre

Dates et versions

tel-03960438 , version 1 (27-01-2023)

Identifiants

  • HAL Id : tel-03960438 , version 1

Citer

Agathe Duchateau. 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. Génétique. Université Paris Cité, 2019. Français. ⟨NNT : 2019UNIP7189⟩. ⟨tel-03960438⟩
49 Consultations
21 Téléchargements

Partager

Gmail Facebook X LinkedIn More