La régulation de l'expression génique représente l'un des mécanismes fondamentaux du vivant, où la séquence d'ADN ne constitue que la première strate d'un système de contrôle extraordinairement complexe. Au-delà de l'information génétique primaire, c'est l'architecture tridimensionnelle de l'ADN qui joue un rôle déterminant dans l'accessibilité des gènes à la machinerie transcriptionnelle. Cette topologie dynamique, caractérisée par des surenroulements, des plectonèmes et diverses structures secondaires, module finement quels gènes sont exprimés, à quel moment et avec quelle intensité.
De nombreuses pathologies, particulièrement les cancers, émergent d'une perturbation de ces mécanismes épigénétiques. La compréhension approfondie de ces processus représente donc un enjeu majeur tant pour la biologie fondamentale que pour le développement de nouvelles approches thérapeutiques ciblées.
Objectifs du projet doctoral
Ce projet de thèse vise à développer une méthodologie révolutionnaire permettant de capturer, avec une résolution nucléotidique, l'architecture conformationnelle de l'ADN au sein de cellules vivantes. Notre approche repose sur un principe innovant : l'utilisation d'impulsions laser ultrarapides comme 'flash photographique moléculaire' pour figer instantanément la structure de l'ADN via la formation de dimères cyclobutaniques entre pyrimidines adjacentes.
La probabilité de formation de ces photolésions dépend directement de la géométrie locale de l'ADN. Ainsi, en cartographiant précisément la distribution de ces dimères après irradiation, nous obtenons une empreinte digitale de la conformation de l'ADN à l'instant de l'impulsion laser. Le séquençage Nanopore, capable de détecter ces modifications avec une précision remarquable, nous permettra d'établir cette cartographie à l'échelle du génome entier.
Notre ambition est double :
1. Développer un atlas des conformations d'ADN associées à différents contextes physiologiques (degrés de surenroulement, compaction chromatinienne, interactions avec facteurs de transcription)
2. Appliquer cette technologie à un défi clinique majeur : la prédiction précoce de la résistance aux thérapies ciblées dans le cancer du sein HER2-positif
Méthodologie intégrée
Notre approche combine expertise en photophysique, biologie moléculaire et analyse computationnelle :
Photochimie précise de l'ADN : Nous optimiserons les paramètres d'irradiation laser (durée d'impulsion, longueur d'onde, fluence) pour induire sélectivement des dimères cyclobutaniques sans générer de dommages non spécifiques. Cette phase reposera sur des systèmes modèles in vitro (plasmides purifiés sous différentes contraintes topologiques) avant d'être transposée à des cellules entières.
Séquençage innovant : Le passage de l'ADN photo-modifié à travers les nanopores génère des perturbations caractéristiques du signal électrique. Nous développerons des algorithmes dédiés pour déconvoluer ce signal et identifier avec précision la nature et la position de chaque lésion. Cette étape cruciale nécessitera une calibration rigoureuse avec des oligonucléotides synthétiques portant des lésions à positions définies.
Reconstruction conformationnelle : En couplant nos données expérimentales à des simulations de dynamique moléculaire, nous traduirons les cartes de photolésions en modèles structuraux tridimensionnels, offrant une vision sans précédent de l'organisation locale et globale de l'ADN.
Application oncologique : En partenariat avec un laboratoire spécialisé de l'INSERM, nous analyserons des lignées cellulaires de cancer du sein HER2-positif, dans lesquelles la résistance au trastuzumab (Herceptin) a été induite. Nous établirons une base de données d'empreintes épigénétiques spécifiques, dans l'objectif de développer un outil diagnostique prédictif de la résistance thérapeutique avant même son expression phénotypique.
Début de la thèse : 01 / 10 /
Financement d'un établissement public Français
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