Genome-Wide Mapping of DNA Strand Breaks

Determination of cellular DNA damage has so far been limited to global assessment of genome integrity whereas nucleotide-level mapping has been restricted to specific loci by the use of specific primers. Therefore, only limited DNA sequences can be studied and novel regions of genomic instability can hardly be discovered. Using a well-characterized yeast model, we describe a straightforward strategy to map genome-wide DNA strand breaks without compromising nucleotide-level resolution. This technique, termed “damaged DNA immunoprecipitation” (dDIP), uses immunoprecipitation and the terminal deoxynucleotidyl transferase-mediated dUTP-biotin end-labeling (TUNEL) to capture DNA at break sites. When used in combination with microarray or next-generation sequencing technologies, dDIP will allow researchers to map genome-wide DNA strand breaks as well as other types of DNA damage and to establish a clear profiling of altered genes and/or intergenic sequences in various experimental conditions. This mapping technique could find several applications for instance in the study of aging, genotoxic drug screening, cancer, meiosis, radiation and oxidative DNA damage

Acétylation des histones et fragilité génétique dans le gamète mâle haploïde

Lors de la phase haploïde de la spermatogenèse (spermiogenèse) des mammifères, un important remodelage de la chromatine est nécessaire à la compaction de l'ADN. Au cours de ce remodelage, les histones sont remplacées successivement par les protéines de transition, puis finalement par les protamines. Ce processus implique une succession encore peu connue de modifications post-traductionnelles des histones telles que l'acétylation et la méthylation.Lors de récents travaux, notre laboratoire a montré des évidences suggérant que l'hyperacétylation de l'histone H4 (H4h) semble impliquée dans ce remaniement de la chromatine et fournirait un contexte favorable à l'apparition de cassures de l'ADN. Puisque le contexte chromatinien d'une spermatide diffère de celui d'une cellule somatique, la mise au point de techniques pouvant établir la distribution de H4h dans cette cellule germinale haploïde serait un atout précieux pour établir l'association de cette modification post-traductionnelle à la formation des cassures. Ce mémoire présente ainsi une démarche bipartite visant la mise au point d'approches microscopiques de même que le développement d'une approche d'immunoprécipitation de la chromatine pouvant s'appliquer à la chromatine particulière des spermatides. Grâce à la mise au point de la technique d'immunoprécipitation de la chromatine combinée à l'utilisation de biopuces d'ADN (ChIP-on-chip), nous tentons d'établir la cartographie de H4Ac sur une portion du chromosome X utilisé en guise de sentinelle. Avec la cartographie simultanée de [gamma]-H2AX (H2AFX) en tant que marqueur des cassures bicaténaires de l'ADN, nous tentons de vérifier, au niveau moléculaire, l'hypothèse d'une relation entre l'hyperacétylation des histones et l'apparition des cassures dans les spermatides allongeantes. La compréhension de la formation des cassures est importante puisque la réparation de l'ADN, dans cette cellule haploïde, ne peut compter sur la recombinaison homologue; l'instabilité génétique associée à ce phénomène pourrait fournir l'étiologie d'anomalies génétiques idiopathiques associées au développement de l'embryon. A l'aide d'anticorps couplés à des billes d'or, la microscopie électronique nous permet d'obtenir les premiers résultats d'une double détection de l'histone H4 hyperacétylée et des cassures de l'ADN au sein des noyaux des cellules germinales de la spermatogenèse. Les travaux d'immunoprécipitation de la chromatine dévoilent une répartition hétérogène de l'hyperacétylation de l'histone H4 au niveau du chromosome X, suggérant que l'hyperacétylation du génome lors de la spermiogenèse est progressive. Nous démontrons aussi qu'il existe une interaction entre cette chromatine et le variant d'histone [gamma]-H2AX. Les différences entre les patrons de distribution des deux histones ne permettent pas d'établir si l'hyperacétylation de la chromatine serait à l'origine du dépôt de [gamma]-H2AX, par le biais des cassures double brin

Acétylation des histones et fragilité génétique dans le gamète mâle haploïde

Lors de la phase haploïde de la spermatogenèse (spermiogenèse) des mammifères, un important remodelage de la chromatine est nécessaire à la compaction de l'ADN. Au cours de ce remodelage, les histones sont remplacées successivement par les protéines de transition, puis finalement par les protamines. Ce processus implique une succession encore peu connue de modifications post-traductionnelles des histones telles que l'acétylation et la méthylation.Lors de récents travaux, notre laboratoire a montré des évidences suggérant que l'hyperacétylation de l'histone H4 (H4h) semble impliquée dans ce remaniement de la chromatine et fournirait un contexte favorable à l'apparition de cassures de l'ADN. Puisque le contexte chromatinien d'une spermatide diffère de celui d'une cellule somatique, la mise au point de techniques pouvant établir la distribution de H4h dans cette cellule germinale haploïde serait un atout précieux pour établir l'association de cette modification post-traductionnelle à la formation des cassures. Ce mémoire présente ainsi une démarche bipartite visant la mise au point d'approches microscopiques de même que le développement d'une approche d'immunoprécipitation de la chromatine pouvant s'appliquer à la chromatine particulière des spermatides. Grâce à la mise au point de la technique d'immunoprécipitation de la chromatine combinée à l'utilisation de biopuces d'ADN (ChIP-on-chip), nous tentons d'établir la cartographie de H4Ac sur une portion du chromosome X utilisé en guise de sentinelle. Avec la cartographie simultanée de [gamma]-H2AX (H2AFX) en tant que marqueur des cassures bicaténaires de l'ADN, nous tentons de vérifier, au niveau moléculaire, l'hypothèse d'une relation entre l'hyperacétylation des histones et l'apparition des cassures dans les spermatides allongeantes. La compréhension de la formation des cassures est importante puisque la réparation de l'ADN, dans cette cellule haploïde, ne peut compter sur la recombinaison homologue; l'instabilité génétique associée à ce phénomène pourrait fournir l'étiologie d'anomalies génétiques idiopathiques associées au développement de l'embryon. A l'aide d'anticorps couplés à des billes d'or, la microscopie électronique nous permet d'obtenir les premiers résultats d'une double détection de l'histone H4 hyperacétylée et des cassures de l'ADN au sein des noyaux des cellules germinales de la spermatogenèse. Les travaux d'immunoprécipitation de la chromatine dévoilent une répartition hétérogène de l'hyperacétylation de l'histone H4 au niveau du chromosome X, suggérant que l'hyperacétylation du génome lors de la spermiogenèse est progressive. Nous démontrons aussi qu'il existe une interaction entre cette chromatine et le variant d'histone [gamma]-H2AX. Les différences entre les patrons de distribution des deux histones ne permettent pas d'établir si l'hyperacétylation de la chromatine serait à l'origine du dépôt de [gamma]-H2AX, par le biais des cassures double brin