Nous étudions les mécanismes de régulation génétique qui sous-tendent au développement des vertébrés, dans un contexte à la fois ontogénétique et phylogénétique. Ces dernières années, nous nous sommes concentré sur la famille des gènes Hox, une série de facteurs de transcription ayant une haute valeur épistémique, en particulier concernant leur stratégies de régulation, leur organisation fonctionnelle ainsi que leur rôle dans l’évolution des morphologies. Depuis une vingtaine d’années, nous avons mis en œuvre un programme destiné à disséquer génétiquement différents aspects de la biologie des gènes Hox, soit un utilisant les technologies de modifications génétiques disponibles chez la souris, soit en mettant au point diverses approches complémentaires (TAMERE, STRING, PANTHERE) toutes visant à faciliter l’ingénierie chromosomique in vivo et permettant ainsi la production de grand réarrangements chromosomiques ciblés. Cette importante série allélique est actuellement utilisée comme base à nos études moléculaires et biochimiques.
Régulations à courtes et longues distances ; l’énigme de la colinéarité
Nous continuons nos efforts pour comprendre les bases mécaniques et moléculaires du phénomène de colinéarité par lequel les gènes Hox membres d’un même cluster génomique sont activés l’un après l’autre, dans des domaines antéro-postérieurs progressifs pendant le développement de l’axe majeur du corps, en suivant l’ordre topologique des gènes sur l’ADN. La nature de ce processus qui se déroule pendant la gastrulation de l’embryon reste difficile à comprendre car la quantité de matériel à disposition à ces stades de développement est limitante. Une version quelque peu différente de ce phénomène est également observée durant le développement des membres antérieurs et postérieurs et, dans ce cas précis, nos approches systématiques ont permis récemment de proposer un cadre explicatif général dans lequel ce mécanisme peut être considéré. Cette compréhension relativement satisfaisante de ce phénomène a été rendue possible par l’analyse 3D de la structure de la chromatine à ce locus précis, qui a révélé l’existence de deux domaines TAD (‘topologically associating domains) de part et d’autre du locus Hox. Ces deux TADs représentent des unités globales de régulation des gènes Hox et permettent l’activation de sous-groupes de gènes dans le temps et l’espace, conduisant à une expression colinéaire par l’intermédiaire de séries d’enhancers localisés au sein de ces TADs. Les facteurs liants ces enhancers font actuellement l’objets d’une attention particulière.
Les propriétés de ces différents enhancers sont étudiées en détail dans des tissus et structures aussi variés que les membres, les organes génitaux externes, le système uro-génital, les reins définitifs, les moustaches ainsi que pendant la somitogenèse. Ces séquences régulatrices sont d’une grande importance dans un contexte évolutif et nos approches génétiques in vivo, complémentées par des études en transgenèse à grande échelle utilisant notamment des BACs recombinés, permettent de mieux comprendre leur origine phylogénétique.
Fonction des gènes Hox
En parallèle à ces études de régulation génétique, nous continuons nos efforts pour comprendre la fonction de ces gènes pendant le développement des vertébrés. A cet effet, nous utilisons notre série allélique complétée par des approches analytiques et moléculaires. De cette façon, des combinaisons variées de gain de fonction et de perte de fonction de ces gènes sont évaluées dans différents contextes morphologiques. Récemment, la technologie CRISPR-cas9 nous a permis de produire des nouveaux variants alléliques (sur des chromosomes déjà mutés) qui nous permettent un niveau d’analyse jamais obtenu auparavant. En particulier, nous nous intéressons à la fonction possible de LncRNAs produits au sein des clusters Hox et proposés par d’autres laboratoires comme étant essentiels pour la fonction et la régulation des gènes Hox. Dans ce contexte particulier, ces études sont ciblées sur les ébauches des membres et le tractus intestinal.
Contexte phylogénétique
Nous étudions les mécanismes de régulation génétique qui contrôlent le développement des vertébrés et leurs impacts potentiels sur l’évolution des morphologies. Depuis plusieurs années, nous concentrons nos études sur la famille des gènes Hox, une série de facteurs de transcription d’une importance physiologique et théorique particulière concernant leurs stratégies de régulation et leurs rôles essentiels dans le développement et l’évolution. Nous avons initié un large programme de génétique expérimentale afin de produire une grande collection de souris mutantes pour ces gènes, en utilisant des technologies mises au point dans le laboratoire (TAMERE, STRING et PANTHERE). Cette ingénierie chromosomique in vivo est maintenant complémentée par l’utilisation des techniques de CRISPR-cas9 et l’analyse moléculaire et biochimique de cette palette de stocks mutants nous permet de mieux comprendre comment ces gènes fonctionnent ainsi que la nature et l’origine de leurs contrôles.