Méthylation/déméthylation de l’ADN et expression du génomeby Pierre-François Cartron, Romain Pacaud, Gilles Salbert

Revue Francophone des Laboratoires

About

Year
2015
DOI
10.1016/S1773-035X(15)30158-1
Subject
Analytical Chemistry / Biochemistry, medical / Medical Laboratory Technology

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Text

AU DELÀ DE NOS GÈNES : LA RÉVOLUTION DE L’ÉPIGÉNÉTIQUE

REVUE FRANCOPHONE DES LABORATOIRES - JUIN 2015 - N°473// 37 article reçu le 13 mars, accepté le 20 mars 2015 © 2015 – Elsevier Masson SAS – Tous droits réservés.

RÉSUMÉ

Les phénomènes de méthylation/déméthylation de l’ADN sont des pièces maîtresses du maintien et de la régulation du génome. Ces modifications chimiques, qui n’altèrent en rien la séquence génomique propre, vont être médiées par de nombreux acteurs. Les cytosines au sein de dinucléotides

CpG sont en règle générale la cible de ces modifications. La méthylation de l’ADN (par ajout d’un groupement CH3 en position 5 du cycle pyrimidique) fait intervenir des DNA méthyltransférases (DNMTs) qui n’auront pas toutes le même rôle. Cette méthylation n’est pas aléatoire et va faire intervenir plusieurs paramètres. Les propriétés intrinsèques des DNMTs, les partenaires d’interactions de ces dernières (ARNs, facteur de transcription,…) et l’environnement direct de l’ADN (état chromatinien,…) vont donc influencer les mécanismes de méthylation. Mais en parallèle de cela, il existe aussi des processus de déméthylation. Ils sont en général soit passifs, soit actifs.

Ils feront intervenir de nouveaux acteurs comme les protéines ten-eleventranslocation (TETs), entraînant de nouvelles modifications chimiques de la cytosine (par exemple, l’hydroxylation du groupement méthyle, formylation, carboxylation,…). Là aussi, de nombreux partenaires de natures diverses vont interagir ensemble et influer sur la déméthylation de l’ADN. Tout cela va avoir un impact aussi bien sur des régions non codantes de l’ADN, que sur des régions codantes. La conséquence est une régulation fine de la stabilité du génome mais aussi de l’expression ou non des gènes qui le compose.

Dans cette revue, nous allons référencer et discuter ces différents aspects de la méthylation/déméthylation de l’ADN. Épigénétique – méthylation – déméthylation – ADN – DNMTs – TETs.

Pierre-François Cartrona,b,c,d,g,*, Romain Pacauda,b,c,g, Gilles Salbertd,e,f

Grands mécanismes épigénétiques et applications

Méthylation/déméthylation de l’ADN et expression du génome a INSERM U892 – Équipe Apoptose et progression tumorale

Centre de recherche en cancérologie Nantes-Angers Équipe labellisée Ligue nationale contre le cancer 8, quai Moncousu – B.P. 7021 44007 Nantes cedex 1 b Département de recherche en cancérologie – IFR26

Université de Nantes – Faculté de médecine 44000 Nantes c LaBCT – Institut de cancérologie de l’Ouest

Boulevard du Professeur Jacques-Monod 44805 Saint Herblain cedex d Membre du Réseau Épigénétique du Canceropôle Grand-Ouest e CNRS UMR6290, Institut de génétique et développement de Rennes f Université de Rennes 1

Campus de Beaulieu – 35042 Rennes cedex g Membre du LabEX IGO * Correspondance pierre-francois.cartron@univ-nantes.fr

SUMMARY

DNA methylation/demethylation and genomic expression

Methylation/demethylation phenomenons in DNA are master pieces of the maintenance and regulation of the genome. These chemical modifications which do not alter the natural genomic sequence, are mediated by many players. Cytosines within CpG dinucleotides are generally the target of these changes. DNA methylation (by adding a CH3 group in position 5 of the pyrimidine ring) involves DNA methyltransferases (DNMTs) that do not have all the same role. This methylation is not an aleatory mechanism and will involve several parameters. Intrinsic properties of DNMTs, interaction partners of these (RNAs, transcription factor ...) and the direct environment of the DNA (chromatin state, ...) will therefore influence the methylation system. But in parallel to this, there are also demethylation processes. They are usually either passive or active. They will involve new actors such as Ten-Eleven-Translocation proteins (TETs), resulting in new chemical modification of cytosine (e.g., hydroxylation of the methyl group, formylation, carboxylation ...). Many different proteins interact together and affect the demethylation mechanism of

DNA. Combined together these mechanisms will have an impact on both non-coding regions of DNA and the coding regions. The consequence is a fine regulation of genomic stability but also of the expression or not of genes. In this review, we will reference and discuss the various aspects of methylation/demethylation of DNA.

Epigenetic – methylation – demethylation –

DNA – DNMTs – TETs 1. Introduction

Le mot « épigénétique » regroupe les phénomènes qui participent à la régulation de l’expression du génome, transmissible au cours des divisions cellulaires mais sans modifications irréversibles. La notion d’« épigénèse » fut d’abord abordée par Aristote vers 384-322 av. J.-C. pour définir la formation progressive des organes au stade embryonnaire, dans l’œuf. Mais le terme « épigénétique » ne fut réellement introduit qu’en 1942 par Conrad Waddington. Il définit ce domaine comme une « branche de la biologie étudiant les relations de cause à effet entre les gènes et leurs produits, faisant apparaître le phénotype ».

L’environnement des gènes, que ce soit à l’échelle cellulaire (protéines ayant un impact sur l’expression des gènes) 38 // REVUE FRANCOPHONE DES LABORATOIRES - JUIN 2015 - N°473 particulièrement riches en CpG, appelées îlots CpG, sont généralement dépourvues de 5mC. La littérature décrit les îlots CpG (ou CpG Islands, CGIs) comme étant des régions de plus de 500 pb et dont la composition en dinucléotide

CpG est supérieure à 55 % avec un ratio (CpG observé)/ (CpG attendu) supérieur à 0,65 [4, 5]. De plus, les CGIs sont décrits comme étant majoritairement localisés au niveau des régions TSS (transcription start site) des gènes (50 %), mais sont aussi présents au niveau des régions intragéniques (25 %) et intergéniques (25 %) [6]. Même si certains CGI, comme ceux correspondant à TSS inactifs, peuvent être méthylés, les motifs 5mC se retrouvent principalement en dehors des îlots CpG [7]. 2.1. Les méthyltransférases de l’ADN catalysent deux types de réactions de méthylation de l’ADN