Mots-Clés

promoter capture HiC, régulation de l'expression des gènes, développement, porc, poulet, foie

Description

Proposition de stage M2R
Dynamique des interactions entre promoteurs et régions régulatrices au cours du
développement hépatique chez le porc et le poulet à l'aide de données de promoteur
capture HiC
Contact : Hervé Acloque and Sylvain Foissac
Laboratoire GABI, team GaLac UMR1313 78350 Jouy en Josas / Laboratoire GenPhySE, team Dynagen
UMR1318 31320 Castanet Tolosan
herve.acloque@inrae.fr / sylvain.foissac@inrae.fr
tel : 0134652810 / 0561285431

Contexte
L’organisation spatiale de la chromatine est essentielle pour la régulation de l’expression des gènes. Au sein du noyau des cellules eucaryotes, les gènes et leurs éléments régulateurs associés sont organisés en structures tridimensionnelles selon un niveau d’échelle hiérarchique : compartiments génomiques A et B (respectivement actifs et inactifs transcriptionnellement) de plusieurs Mb, TADs (Topologically Associating Domains) de centaines de Kb au Mb, et enfin boucles d’interaction entre régulateurs et promoteurs pour la résolution la plus fine (jusqu’à quelques Kb) (Yu and Ren, 2017).
Pour cartographier la conformation spatiale de la chromatine à l’échelle du génome entier, la technique standard utilisée est le Hi-C (Lieberman-Aiden et al. 2009, Rao et al. 2014). Actuellement, peu de cartes Hi-C d’espèces d’élevage sont disponibles, parmi lesquelles celles produites par nos laboratoires (Foissac et al. 2019, Marti-Marimon et al. 2021), et leur résolution ne permet pas de visualiser les interactions entre promoteurs et régions régulatrices. Dans le cadre des projets INRAE CATCHI et européen GENE-SWitCH, nous avons produit des cartes d’interactions promoteurs/régions régulatrices dans deux tissus (foie et muscle) à quatre stades du développement (organogénèse précoce, organogénèse tardive, nouveau-né et adulte), chez le porc et le poulet. Sur les mêmes
tissus, nous disposons également de données d’expression, d’accessibilité de la chromatine, de méthylation de l’ADN et de marques d’histones H3K4me3, H3K4me1, H3K27Ac et H3K27me3.
La formation du foie, depuis l’ébauche hépatique jusqu’au tissu mature principalement composé d’hépatocytes, implique, dans le noyau des cellules, une dynamique régulationnelle complexe (Wesley et al. 2022). Grâce à ce jeu de données unique, nous pouvons comprendre comment l’expression des gènes se couple à des remaniements importants de l’organisation spatiale de la chromatine au cours du développement. Nous pouvons également identifier la dynamique et les gènes et régions régulatrices clés pour l’ontogénèse du tissu hépatique.

Objectif
Le but du stage est donc de caractériser la dynamique des interactions entre promoteur et régions régulatrices à chaque stade pour les deux espèces puis d’en évaluer les effets sur l’expression des gènes et les marques épigénétiques associées.

Méthodologies
La première étape consistera à produire les cartes de contact ciblées pour chaque échantillon en suivant un pipeline dédié adapté de celui précédemment développé pour du HiC (Foissac et al, 2019) mais ajusté pour la spécificité des protocoles de Capture HiC (package ChICAGO, Cairns et al, 2016).
La deuxième étape vise à identifier et visualiser des différentiels d’interactions entre stades de développement et à caractériser les promoteurs et éléments régulateurs ayant des dynamiques similaires.
La troisième étape intègre les données épigénomiques (ATAC-seq, ChIP-seq) et transcriptomiquepour identifier si la dynamique des interactions observée est corrélée (positivement ou négativement) avec chacune de ces données.
Enfin le-la étudiant-e analysera les fonctions biologiques des gènes associés aux promoteurs identifiés afin de mettre en évidence certains des grands principes biologiques menant à la genèse d’un foie fonctionnel chez les vertébrés.

Collaboratrices 
Sarah Djebali, Institut de Recherche en Sante Digestive, INSERM, Toulouse
Anamaria Necsulea, Laboratoire de Biométrie et Biologie Evolutive, CNRS, Lyon

Compétences recherchées
Le-a candidat-e doit être intéressé-e par l'analyse de données et faire preuve de curiosité et d'intérêt pour la biologie animale.
Il-elle doit être familiarisé-e avec les outils bioinformatiques courants et les analyses statistiques. Une connaissance intermédiaire de Bash, R et Python est également requise. Il/elle bénéficiera de l'infrastructure d'un laboratoire dédié à la génomique fonctionnelle dans un centre de recherche dynamique.
Le stage pourra se dérouler au choix dans l’un des deux laboratoires (Jouy en Josas ou Toulouse) selon la convenance de l'étudiant-e M2R. Des visioconférences hebdomadaires seront organisées avec les deux encadrants et les collaborateurs invités, chacun ayant une expertise dédiée (Sylvain Foissac: génomique et sciences des données, Hervé Acloque : génomique et biologie du développement). L’étudiant-e participera également aux réunions d’équipe.

References
- Foissac, S., Djebali, S., Munyard, K. et al. Multi-species annotation of transcriptome and chromatin structure in domesticated animals. BMC Biol 17, 108 (2019). https://doi.org/10.1186/s12915-019-0726-5
- Lieberman-Aiden E, van Berkum NL, Williams L, Imakaev M, Ragoczy T, Telling A, Amit I, Lajoie BR, Sabo PJ, Dorschner MO, Sandstrom R, Bernstein B, Bender MA, Groudine M, Gnirke A, Stamatoyannopoulos J, Mirny LA, Lander ES, Dekker J. (2009) Comprehensive mapping of long-range interactions reveals folding principles of the human genome. Science 326(5950):289-93.
- Marti-Marimon M, Vialaneix N, Lahbib-Mansais Y, (…), Foissac S. (2021) Major Reorganization of Chromosome Conformation During Muscle Development in Pig. Front Genet. 2021;12:748239. doi:10.3389/fgene.2021.748239
- Mifsud B, Tavares-Cadete F, Young AN, Sugar R, Schoenfelder S, Ferreira L, Wingett SW, Andrews S, Grey W, Ewels PA, Herman B, Happe S, Higgs A, LeProust E, Follows GA, Fraser P, Luscombe NM, Osborne CS. (2015)
- Mapping long-range promoter contacts in human cells with high-resolution capture Hi-C. Nature Genetics
47(6):598-606.
- Rao SS, Huntley MH, Durand NC, Stamenova EK, Bochkov ID, Robinson JT, Sanborn AL, Machol I, Omer AD, Lander ES, Aiden EL. (2014) A 3D map of the human genome at kilobase resolution reveals principles of chromatin looping. Cell 159(7):1665-80.
- Wesley BT, Ross ADB, Muraro D, et al. Single-cell atlas of human liver development reveals pathways directing hepatic cell fates. Nat Cell Biol. 2022;24(10):1487-1498. doi:10.1038/s41556-022-00989-7
- Yu M, Ren B. (2017) The Three-Dimensional Organization of Mammalian Genomes. Annu Rev Cell Dev Biol. 2017;33:265-289. doi:10.1146/annurev-cellbio-100616-060531