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Projet de thèse, Thierry GRANGE
Institut Jacques Monod, CNRS-Université Paris 7, UMR7592
Equipe Epigénome et Paléogénome
Bât.Buffon - 15 rue Hélène Brion
75205 PARIS CEDEX 13
Directeur de thèse : Thierry GRANGE
Courriel : [email protected] Tel: 0157278129
Ecole Doctorale
Biochimie, Biothérapies, Biologie Moléculaire et Infectiologie (B3MI)
Allocation de recherche fléchée du ministère, Durée 3 ans.
3 year Ph’D funding available
Please apply before July 1st 2009
Titre du sujet de thèse proposé :
Analyse à haut débit et modélisation de la mémoire épigénétique chez l’homme :
méthylation de l’ADN, chromatine et histones variantes.
High throughput analysis and modeling of human epigenetic memory:
DNA methylation, chromatin and histone variants
Summary :
Epigenetic memory allows the maintenance of the genome expression program throughout cell
divisions. It contributes to the establishment and maintenance of cell fate of both stem and
differentiated cells. Epigenetic memory is reprogrammed during development and dysfunctions in
cancer cells. The project aims at modeling the key features of epigenetic memory in human cells
using genome wide characterization of nucleosomal organization, histone variants’ localization, DNA
methylation patterns and non coding RNA expression obtained through microarrays and next
generation sequencing. Particular emphasis will be put on the study of reprogramming of these
epigenetic marks in response to steroid hormones signaling. RNAi screening will be used in order to
selectively interfere with pathways involved in the establishment and reprogramming of epigenetic
marks. The Ph'D student will participate in data generation and will be involved in data integration
within a formal conceptual frame aiming at understanding the mechanistic bases of the stability of
epigenetic memory in human cells and its reprogramming in response to external signals. The project
is rooted in past achievements of the lab on epigenetic memory mechanisms (EMBO J. 2001, MCB
2004, PNAS 2006), high throughput studies of chromatin organization (MCB, 2009) and the modeling
of chromatin organization (NAR 2008), and is supported by a grant of the French Research Funding
Agency ANR (2009-2011) ensuring sufficient funding to perform it.
The aim of the Ph’D is to train an interdisciplinary biologist that will be able both to perform wet lab
experiments in the field of high throughput analyses of chromatin organization and epigenomics and
data interpretation and modeling using bioinformatics. The applicant can either have a molecular
biology training and some informatics skills or have a bioinformatics training and a desire to be
trained in the production of biological and genomics data.
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Projet de thèse, Thierry GRANGE
Description du projet :
La mémoire épigénétique permet de maintenir lors des divisions cellulaires le programme
d’expression du génome et participe ainsi à l’établissement et au maintien des destins cellulaires
(cellules souches ou différenciées). Elle peut être reprogrammée au cours du développement et
devenir dysfonctionnelle dans les cellules cancéreuses. Il est couramment admis qu’un certain
nombre de modifications de la chromatine ou de l’ADN joue un rôle clef dans la mémoire
épigénétique mais le concept que ce serait la stabilité de ces modifications qui déterminerait la
stabilité d’expression du génome a été récemment battu en brèche car il est apparu qu’un grand
nombre de ces modifications était constamment effacé et rétabli dans un processus dynamique
apparemment finement régulé. Afin de comprendre les mécanismes fondamentaux de la mémoire
épigénétique et ses dysfonctionnements dans les situations pathologiques lors de la tumorigénèse, il
devient nécessaire d’intégrer l’ensemble des données dans un cadre formel cohérent. Il est
maintenant envisageable de décrire de manière globale l’ensemble des modifications épigénétiques
affectant le génome d’une cellule et d’observer d’une manière globale la dynamique de ces
modifications lors d’une reprogrammation en réponse à l’activation d’une voie de signalisation grâce
aux techniques d’analyse à haut débit (puces à ADN et séquençage massivement parallèle) de la
chromatine, de la méthylation de l’ADN et du transcriptome d’une cellule (ARNm et ARNnc). Ces
approches globales ouvrent la voie à une vision intégrée et cohérente de la mémoire épigénétique,
mais il est nécessaire d’utiliser les outils de la modélisation et de l’informatique afin d’extraire le sens
de ce très grand nombre de données.
L’objectif du projet est de modéliser les déterminants de la mémoire épigénétique à partir de
données épigénomiques collectées à l’échelle du génome humain entier dans une situation de
modifications dynamiques de l’expression du génome en réponse à l’activation d’un récepteur
nucléaire aux hormones stéroïdes. Les données collectées concerneront l’organisation nucléosomale,
la distribution d’histones variantes, la méthylation de l’ADN, et l’expression d’ARN non codants. Des
ARN interférents seront utilisés afin de perturber sélectivement certains des mécanismes participant
à l’établissement et à la reprogrammation de ces marques épigénétiques. Le thésard participera à la
génération de ces données et s’investira particulièrement dans leur intégration dans un cadre
conceptuel formel visant à comprendre les bases fondamentales de la stabilité et de la
reprogrammation de cette mémoire épigénétique dans les cellules humaines. Ce projet reposera sur
l’expertise du laboratoire des mécanismes épigénétiques aussi bien en ce qui concerne la dynamique
de l’organisation chromatinienne (Flavin et al, MCB 2004) que la reprogrammation de la méthylation
de l’ADN (Thomassin et al, EMBO J. 2001 ; Kress et al, PNAS 2006). De plus, le laboratoire a
récemment acquis une nouvelle expertise dans la production et l’analyse de données
chromatiniennes à l’échelle génomique (Miele et al, NAR 2008 ; Mietton et al, MCB 2009), et dans le
cadre d’un réseau soutenu par l’ANR (2009-2011) et coordonné par le directeur de thèse (Epivar),
génère et analyse des données à l’échelle génomique sur l’organisation chromatinienne impliquant
les techniques de séquençage massivement parallèle. Les technologies d’analyse à grande échelle
mises en œuvre pour obtenir les données sont maîtrisées soit au niveau de la plate-forme
génomique de l’Institut Jacques Monod coordonnée par Thierry Grange (puces à ADN, PCR
quantitative en temps réel et robotique), soit au niveau du partenaire de l’IGBMC à Strasbourg
(séquençage massivement parallèle). Finalement, l’équipe a déjà mis en œuvre la modélisation pour
mettre en évidence le rôle des propriétés physiques de l’ADN dans l’organisation chromatinienne
(Miele et al, NAR 2008).
Connaissances et compétences requises :
L’objectif de la thèse est de former un biologiste interdisciplinaire capable à la fois de maîtriser la
biologie « humide » de production de données sur l’organisation chromatinienne à l’échelle
génomique et leur interprétation à l’aide de la modélisation et de l’outil bioinformatique. Les
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Projet de thèse, Thierry GRANGE
formations universitaires actuelles ne couvrant pas l’ensemble des compétences requises, le thésard
peut soit avoir eu une formation initiale de biologie moléculaire et de génomique et être très motivé
par l’élargissement de ses compétences à l’outil informatique, soit avoir eu une formation initiale en
bioinformatique avec une bonne connaissance de base en physique et mathématiques tout en étant
désireux d’élargir sa formation à la biologie moléculaire et aux méthodes d’analyse à haut débit. Le
projet sera intégré dans un réseau d’équipes permettant d’assurer la diversité des formations
complémentaires requises.
Recent related publications of the team:
Glucocorticoid-induced DNA demethylation and gene memory during development. Thomassin, H., Flavin,
M., Espinás, M. L., and Grange, T. (2001). EMBO J. 20, 1974-1983.
Nature of the accessible chromatin at a glucocorticoid responsive enhancer. Flavin M., Cappabianca
L., Kress C., Thomassin H., and Grange T., (2004) Mol. Cell. Biol. 24, 7891-7901.
Active cytosine demethylation triggered by a transcriptional regulator involves DNA strand breaks.
Kress C., Thomassin H., and Grange T., (2006) Proc. Ntl. Acad. Sci. USA 103, 1112-1117.
DNA physical properties determine nucleosome occupancy from yeast to fly. Miele V., C. Vaillant,
Y. d’Aubenton-Carafa, C. Thermes and T. Grange (2008) Nucl. Acids Res, 36, 3746-3756.
Weak but uniform enrichment of the histone variant macroH2A1 along the inactive X
chromosome. Mietton F, Sengupta AK, Molla A, Picchi G, Barral S, Heliot L, Grange T, Wutz A,
Dimitrov S. (2009) Mol Cell Biol. 29, 150-156
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