DNA methylation and cellular identity : function of DNA methylation in gametic and hematopoietic lineages in mouse

La méthylation de l’ADN est la marque épigénétique la plus connue. Elle consiste en l’ajout d’un groupement méthyle au niveau de la cytosine, produisant la 5-méthyl-cystosine (5mC). Cette réaction chimique est catalysée par des ADN méthyltransférases : DNMT1, DNMT3A et DNMT3B. Peu de choses sont connues concernant les changements de 5mC au cours des lignages cellulaires dans l’embryon et comment cette marque contribue à l’établissement ou au maintien de l’identité cellulaire. Nous avons cherché à mieux comprendre ces mécanismes en étudiant la 5mC dans deux lignages cellulaires : les cellules primordiales germinales (PGCs) et les cellules souches hématopoïétiques (HSCs). Nous avons généré les premiers méthylomes de ces cellules au cours de leur développement chez la souris. Chez les PGCs, nous avons mis en évidence l’existence de deux phases de reprogrammation de la 5mC. Une première phase entre E9,5 et E13,5, où le génome des PGCs se déméthyle et une phase de reméthylation entre E14,5 et E17,5, chez les gamètes mâles uniquement. Néanmoins, certaines régions, dont notamment les éléments transposables sont résistants à la vague de déméthylation. L’utilisation de souris conditionnellement, nous a permis de mettre en évidence l’implication des protéines DNMT1 et UHRF2 dans le maintien de la 5mC au niveau de ces séquences. Concernant les HSCs, nous avons mis en évidence qu’elles acquièrent un profil de 5mC qui leur est propre lors de deux phases. La première a lieu dès l’apparition des HSCs dans l’organisme tandis que l’acquisition de la signature hématopoïétique définitive se déroule à l’âge adulte dans la moelle osseuse. L’utilisation de souris conditionnelles, nous a permis de mettre en exergue l’implication de DNMT3A et DNMT3B dans la mise en place de ces profils, avec un rôle prépondérant de DNMT3B lors de la phase d’acquisition précoce et de DNMT3A lors du verrouillage de leur profil de 5mC.The methylation of DNA is a well-known epigenetic mark. It consists in adding a methyl group to a cytosine producing the 5-methylcytosine (5mC). This is catalysed by the DNA methyltransferase (DNMT) family: DNMT1, DNMT3A and DNMT3B. Little is known about the changes in DNA methylation that follow lineage decisions in the embryo and how these contribute, establish or maintain cellular identities. We are addressing these questions using as a model the specification of mouse primordial germ cells (PGCs) and mouse hematopoietic stem cells (HSCs) in the mouse embryo. We generate the first genome-wide maps of 5mC during their development. These maps highlight two waves of DNA methylation in PGCs. The first one takes place between E9,5 and E13,5, where the genome demethylates while the second one corresponds to a remethylation phase only in male PGCs between E14,5 and E17,5. Nevertheless, some regions, notably the transposable elements, are resistant to this demethylation wave. We demonstrate the implication of DNMT1 and UHRF2 in maintaining the 5mC on these regions using transgenic mice presenting specific deletion in PGCs. In HSCs, the 5mC maps highlight two wave of DNA methylation. The first one correlates with the first appearance of the HSCs in early embryos while the second one corresponds to their migration to the bone marrow and seems to act as a definitive lock for their hematopoietic identity. Using transgenic mice presenting specific deletions in HSCs, we prove the implication of DNMT3A and DNMT3B in hematopoietic stem cells, with a major role in locking HSC identity of DNMT3B during the first wave and a DNMT3A during the second one respectively

DNA methylation and cellular identity : function of DNA methylation in gametic and hematopoietic lineages in mouse

La méthylation de l’ADN est la marque épigénétique la plus connue. Elle consiste en l’ajout d’un groupement méthyle au niveau de la cytosine, produisant la 5-méthyl-cystosine (5mC). Cette réaction chimique est catalysée par des ADN méthyltransférases : DNMT1, DNMT3A et DNMT3B. Peu de choses sont connues concernant les changements de 5mC au cours des lignages cellulaires dans l’embryon et comment cette marque contribue à l’établissement ou au maintien de l’identité cellulaire. Nous avons cherché à mieux comprendre ces mécanismes en étudiant la 5mC dans deux lignages cellulaires : les cellules primordiales germinales (PGCs) et les cellules souches hématopoïétiques (HSCs). Nous avons généré les premiers méthylomes de ces cellules au cours de leur développement chez la souris. Chez les PGCs, nous avons mis en évidence l’existence de deux phases de reprogrammation de la 5mC. Une première phase entre E9,5 et E13,5, où le génome des PGCs se déméthyle et une phase de reméthylation entre E14,5 et E17,5, chez les gamètes mâles uniquement. Néanmoins, certaines régions, dont notamment les éléments transposables sont résistants à la vague de déméthylation. L’utilisation de souris conditionnellement, nous a permis de mettre en évidence l’implication des protéines DNMT1 et UHRF2 dans le maintien de la 5mC au niveau de ces séquences. Concernant les HSCs, nous avons mis en évidence qu’elles acquièrent un profil de 5mC qui leur est propre lors de deux phases. La première a lieu dès l’apparition des HSCs dans l’organisme tandis que l’acquisition de la signature hématopoïétique définitive se déroule à l’âge adulte dans la moelle osseuse. L’utilisation de souris conditionnelles, nous a permis de mettre en exergue l’implication de DNMT3A et DNMT3B dans la mise en place de ces profils, avec un rôle prépondérant de DNMT3B lors de la phase d’acquisition précoce et de DNMT3A lors du verrouillage de leur profil de 5mC.The methylation of DNA is a well-known epigenetic mark. It consists in adding a methyl group to a cytosine producing the 5-methylcytosine (5mC). This is catalysed by the DNA methyltransferase (DNMT) family: DNMT1, DNMT3A and DNMT3B. Little is known about the changes in DNA methylation that follow lineage decisions in the embryo and how these contribute, establish or maintain cellular identities. We are addressing these questions using as a model the specification of mouse primordial germ cells (PGCs) and mouse hematopoietic stem cells (HSCs) in the mouse embryo. We generate the first genome-wide maps of 5mC during their development. These maps highlight two waves of DNA methylation in PGCs. The first one takes place between E9,5 and E13,5, where the genome demethylates while the second one corresponds to a remethylation phase only in male PGCs between E14,5 and E17,5. Nevertheless, some regions, notably the transposable elements, are resistant to this demethylation wave. We demonstrate the implication of DNMT1 and UHRF2 in maintaining the 5mC on these regions using transgenic mice presenting specific deletion in PGCs. In HSCs, the 5mC maps highlight two wave of DNA methylation. The first one correlates with the first appearance of the HSCs in early embryos while the second one corresponds to their migration to the bone marrow and seems to act as a definitive lock for their hematopoietic identity. Using transgenic mice presenting specific deletions in HSCs, we prove the implication of DNMT3A and DNMT3B in hematopoietic stem cells, with a major role in locking HSC identity of DNMT3B during the first wave and a DNMT3A during the second one respectively

Genome-wide analysis in the mouse embryo reveals the importance of DNA methylation for transcription integrity

DNA methyltrasferases play important role during mouse embryo development. Here the authors reveal the consequences of genetic inactivation of Dnmt1, Dnmt3a and Dnmt3b on the methylome and transcriptome of mouse embryos genome-wide

Distinct oncogenes drive different genome and epigenome alterations in human mammary epithelial cells

Claire Fonti and Anne Saumet contributed equally to this work.International audienceMolecular subtypes of breast cancer are defined on the basis of gene expression and genomic/epigenetic pattern differences. Different subtypes are thought to originate from distinct cell lineages, but the early activation of an oncogene could also play a role. It is difficult to discriminate the respective inputs of oncogene activation or cell type of origin. In this work, we wished to determine whether activation of distinct oncogenic pathways in human mammary epithelial cells (HMEC) could lead to different patterns of genetic and epigenetic changes. To this aim, we transduced shp53 immortalized HMECs in parallel with the CCNE1, WNT1 and RASv12 oncogenes which activate distinct oncogenic pathways and characterized them at sequential stages of transformation for changes in their genetic and epigenetic profiles. We show that initial activation of CCNE1, WNT1 and RASv12, in shp53 HMECs results in different and reproducible changes in mRNA and micro-RNA expression, copy number alterations (CNA) and DNA methylation profiles. Noticeably, HMECs transformed by RAS bore very specific profiles of CNAs and DNA methylation, clearly distinct from those shown by CCNE1 and WNT1 transformed HMECs. Genes impacted by CNAs and CpG methylation in the RAS and the CCNE1/WNT1 clusters showed clear differences, illustrating the activation of distinct pathways. Our data show that early activation of distinct oncogenic pathways leads to active adaptive events resulting in specific sets of CNAs and DNA methylation changes. We, thus, propose that activation of different oncogenes could have a role in reshaping the genetic landscape of breast cancer subtypes