Le transcriptome et le méthylome du foie des rats dénutris en période périnatale identifient les gènes

232 Pages·2014·5.73 MB·French

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Ecole Doctorale BioSE (Biologie-Santé-Environnement)
Thèse
Présentée et soutenue publiquement pour l’obtention du titre de
DOCTEUR DE l’UNIVERSITE DE LORRAINE
Mention : «Sciences de la Vie et de la Santé»
Par Gaili CHEN
Le transcriptome et le méthylome du foie des rats dénutris en période
périnatale identifient les gènes principaux impliqués dans les pathologies
métaboliques.

Le 28 Novembre 2014

Membres du jury :
Rapporteurs :
Nicolas Pollet Chargé de recherche-HDR, CNRS, Evry
Pascale Chavatte-Palmer Directeur de recherche-HDR, INRA UMR 1198, Jouy en Josas
Examinateurs :
Rémi Houlgatte Directeur de recherche, Inserm U954, Nancy, Directeur de thèse
Francisco Bolaños Chargé de Recherche-HDR, INRA UMR 1280, Nantes
Jean-Louis Guéant PU-PH, Université de Lorraine, Nancy. Directeur de l’INSERM U954
Olivier Ziegler PU-PH, Université de Lorraine, Nancy
Gérard Ramstein Maître de Conférence-HDR, CNRS, UMR_C 6241, Nantes
Rosa-Maria Rodriguez-Guéant PU-PH, Université de Lorraine, Nancy
UMR Inserm 954 – Laboratoire de Nutrition génétique et exposition aux risques environnementaux

Remerciements

J’exprime tout d’abord mes remerciements à Monsieur le Professeur Jean-Louis Guéant,
directeur de l’unité INSERM U954, toute ma gratitude pour son accueil et pour m'avoir aidé
dans ces recherches et donné des précieux conseils pendant ces années de thèse. Il m'a appris à
avoir une attitude prudente et l'esprit d'exploration en recherche scientifique, ce qui sera très
important pour ma carrière à l’avenir.
A mon directeur de thèse, Rémi Houlgatte, mes remerciements les plus sincères pour m’avoir
encadrée et soutenue au cours de ma thèse. Je tiens également à lui exprimer toute ma
reconnaissance pour m'avoir donné la liberté et la confiance nécessaires pour poursuivre ce qui
m'a intéressée dans la recherche, pour avoir cultivé ma capacité à travailler de façon autonome,
et aussi pour sa grande gentillesse dans la vie.
Je suis très reconnaissante envers Sébastien Hergalant, ingénieur de notre équipe de
bioinformatique et de génomique intégrative, je le remercie pour son aide lors de ma thèse: pour
les analyses de transcriptome et de méthylome, pour la bioinformatique et pour les analyses
statistiques. Je le remercie aussi pour son aide dans la rédaction de ma thèse. Il a été non
seulement un collègue mais aussi un très bon ami.
Je suis très` reconnaissante envers Rose, Florence, Hassan, Sébastien, Julien et Maryvonne,
collègues de bureau anciens et actuels. Je ne vous remercierai jamais assez pour votre
gentillesse et votre aide. Je n’oublie pas les moments heureux passés ensemble. Je vous souhaite
le meilleur pour l'avenir.
A Jean-Marc Alberto, Florence Coste et Aurélie Robert, techniciens du labo, je vous remercie
bien pour votre aide et votre soutien.
A Catherine Chevalier et Audrey Donnart, Ingénieures à Nantes; je vous remercie pour m’avoir
appris les expériences de transcriptome et de méthylome, je vous suis aussi très reconnaissante
d’avoir pris soin de moi à Nantes.
Au Dr Pascale Chavatte-Palmer et au Dr. Nicolas Pollet, rapporteurs de ma thèse, mes
remerciements pour leur participation et pour avoir accepté d’évaluer mon travail de thèse.
A Dr Francisco Bolaños, examinateur de ma thèse, mes remerciements pour sa participation au
jury de ma soutenance de thèse et pour son évaluation. Je le remercie pour ses nombreux
conseils très intéressants pour la recherche.
Au Pr Olivier Ziegler, Dr Gérard Ramstein et Pr Rosa-Maria Rodriguez-Guéant, examinateurs
de ma thèse, je vous remercie d'avoir accepté de faire partie de mon jury de thèse.
Je tiens également à remercier le Dr Shyue-Fang Battaglia pour sa compagnie et son aide dans
ma vie pendant toutes ces années.
A Dominique Guillaume et Catherine Tavera, secrétaires du labo; un grand merci pour leur
disponibilité et leur patience.
A touts les gens du laboratoire, merci pour votre aide, votre gentillesse et votre soutien.
Merci à tous mes amis chinois à Nancy pour leur amitié et leur soutien moral, leur compagnie
merveilleuse et leur soutien qui ont fait de ces années difficiles des études supérieures en
douceur, amusantes et mémorables, et aussi à mes amis en Chine qui m'ont toujours apporté
leur encouragement et leur soutien.
A ma famille, mes sœurs et mon petit frère, pour leur soutien, leurs encouragements et leur
confiance en moi. Ils ont toujours été là pour me donner l'espoir; je n'aurais jamais pu réaliser
ce travail doctoral sans votre soutien.
A mon chéri, le Dr Huangang Jiang, pour son sens de l’humour, son caractère optimiste, patient
et tolérant, qui a rendu ces trois ans d'études difficiles moins difficiles. Chaque jour plein
d'espoir, la confiance qu’il me porte est une grande source de motivation dans ma vie.
A mes parents.
Merci de tout mon cœur.
Publications et Communications
Articles
 Gaili Chen, Julien Broséus, Sébastien Hergalant, Audrey Donnart, Catherine Chevalier,
Francisco Bolaños-Jiménez, Jean-Louis Guéant, Rémi Houlgatte. Identification of master
genes involved in liver key functions through transcriptomics and epigenomics of
methyl donor deficiency in rat: Relevance to non-alcoholic liver disease. Mol Nutr Food
Res. 2014 Nov 7. doi: 10.1002/mnfr.201400483.
 Catherine Thieblemont, Samia Mourah, Gérard Ramstein, Nicolas Mounier, Julien Broseus,
Gaili Chen, Wendy Cuccuini, Philippe Gaulard, Christian Gisselbrecht, Josette Brière,
Rémi Houlgatte. Soluble isoform of vascular endothelial growth factor, VEGF121, is
predictor for survival in activated B-cell-like diffuse large B-cell lymphoma (ABC-like
DLBCL) and is related to an immune response gene signature conserved in cancer.
2014. Soumis à Leukemia.
 Gaili Chen, Julien Broséus, Sébastien Hergalant, Audrey Donnart, Catherine Chevalier,
Jean-Louis Guéant, Francisco Bolaños-Jiménez, Rémi Houlgatte. Genome-wide hepatic
methylation and gene expression modifications in rats following maternal protein
restriction contribute to metabolic disorders in adulthood. Soumis à MNFR.
Communications orales
8ème journée de la Recherche en Santé CHU de Nancy-Faculté de Médecine-Pôle BMS (24 mai
2013).
Communications affichées
9ème journée de la Recherche Biomédicale CHU de Nancy-Faculté de Médecine-Pôle BMS (21
mars 2014).
Second colloque de la SF – DOHAD (A Nantes les 6-7 Novembre 2014).

Sommaire
Liste des figures ........................................................................................................................ 1
Liste des tableaux ..................................................................................................................... 2
Liste des abréviations ............................................................................................................... 3
Avant-propos ............................................................................................................................ 7
Introduction .............................................................................................................................. 9
Partie 1 : Cycle des monocarbones ....................................................................................... 11
1. Les déterminants nutritionnels du métabolisme des monocarbones ..................... 11
1.1. Folates (vitamine B9) ............................................................................................ 11
1.1.1. Définition ............................................................................................................... 11
1.1.2. Structure ................................................................................................................ 11
1.1.3. Absorption, distribution et transport cellulaire des folates .................................... 12
1.1.4. Les fonctions physiologiques et le métabolisme des folates ................................. 13
1.1.5. Carence en folates ................................................................................................. 14
1.2. Vitamine B12 ........................................................................................................ 16
1.2.1. Définition ............................................................................................................... 16
1.2.2. Structure ................................................................................................................ 16
1.2.3. Absorption de la Vitamine B12 ............................................................................. 17
1.2.4. Les fonctions physiologiques et le métabolisme de la vitamine B12 .................... 18
1.2.5. Carence en B12 ..................................................................................................... 18
2. Métabolisme des monocarbones ........................................................................... 22
2.1. Homocystéine ........................................................................................................ 22
2.2. Métabolisme de l’homocystéine ............................................................................ 22
2.2.1. Voie de reméthylation ou cycle de la méthionine ................................................. 22
2.2.2. Voie de trans-sulfuration ....................................................................................... 24
3. Facteurs favorisant une hyperhomocystéinémie ................................................... 25
3.1. Facteurs nutritionnels ............................................................................................ 25
3.1.1. Les folates .............................................................................................................. 25
3.1.2. Vitamine B12 ........................................................................................................ 27
3.1.3. Vitamine B6 .......................................................................................................... 27
3.2. Facteurs génétiques ............................................................................................... 27
3.3. Facteurs environnementaux ................................................................................... 28
4. Pathologies en lien avec une hyperhomocysteinémie ........................................... 28
4.1. Les maladies neurologiques .................................................................................. 28
4.2. Les maladies cardiovasculaires ............................................................................. 28
4.3. Les maladies hépatiques ........................................................................................ 29
4.4. Les maladies hématologiques ................................................................................ 29
4.5. Les maladies obstétriques ...................................................................................... 29
4.6. Les cancers ............................................................................................................ 30
Partie 2 : Les protéines .......................................................................................................... 31
1. Définition ............................................................................................................... 31
2. Structure ................................................................................................................ 31
3. Digestion et absorption des protéines .................................................................... 33
4. Les fonctions physiologiques ................................................................................ 34
5. Pathologies en lien avec une dénutrition en protéine ............................................ 35
Partie 3 : Hypothèse de la programmation fœtale............................................................... 37
1. Hypothèse de la programmation fœtale ................................................................. 37
2. Mécanismes sous-jacents à la programmation fœtale ........................................... 39
2.1. Croissance diminuée de certains organes .............................................................. 39
2.2. Excès persistant de corticoïdes .............................................................................. 39
2.3. Modifications épigénétiques .................................................................................. 40
3. « Gatekeeper hypothesis » ..................................................................................... 42
Partie 4: Profils génomiques et épigénomiques ................................................................... 43
1. Génome : Du gène à la génomique fonctionnelle ................................................. 43
1.1. La génomique ........................................................................................................ 43
1.2. Les outils de la génomique .................................................................................... 46
1.2.1. Mesure de l’expression des gènes ......................................................................... 47
1.2.2. Etude des facteurs de transcription ........................................................................ 49
1.2.3. La découverte de motifs ........................................................................................ 49
2. L’épigénome .......................................................................................................... 51
2.1. Epigénomique ........................................................................................................ 51
2.2. Epigénétique et hérédité épigénétique ................................................................... 54
2.3. Les outils de mesure de la méthylation de l’ADN ................................................ 56
2.3.1. Mesure de la méthylation de l’ADN ..................................................................... 56
2.3.2. MeDIP-Chip .......................................................................................................... 57
3. La génomique intégrative ...................................................................................... 59
4. Puces à ADN ......................................................................................................... 61
4.1. Puces à ADN pour le transcriptome ...................................................................... 62
4.2. Puces à ADN pour l’épigénome et les interactions protéines-ADN ..................... 64
5. Analyse des données génomiques et épigénomiques issues de puces à ADN ...... 67
Objectifs ............................................................................................................................... 69
Résultats ............................................................................................................................... 73
Partie 1 : Effets de la carence en groupements méthyles sur les transcriptome et
méthylome de foie de ratons à 21 jours ............................................................. 75
1. Caractéristiques biologiques des MDD (pour Methyl Donor Deficiency). ........... 75
2. Caractérisation du tissu hépatique. ........................................................................ 75
3. Transcriptome du foie. .......................................................................................... 76
4. Méthylome du foie. ............................................................................................... 81
5. Croisement entre transcriptome et méthylome du foie.......................................... 82
6. Validation des résultats du transcriptome et du méthylome .................................. 86
Partie 2 : Effets de la carence en protéines sur les transcriptome et le méthylome du
foie de ratons à 180 jours .................................................................................... 89
1. Caractéristiques métaboliques des rats MPR (pour Maternal Protein Restriction)89
2. Transcriptome du foie ........................................................................................... 89
3. Méthylome du foie ................................................................................................ 94
4. Croisement entre le transcriptome et le méthylome du foie des rats MPR ........... 97
5. Validation des résultats du transcriptome ........................................................... 100
Partie 3 : « Gatekeeper hypothesis » ................................................................................ 101
1. Comparaison entre MDD J21 et MPR J180 ........................................................ 101
2. Comparaison entre MDD J21 et MPR J1 ............................................................ 105
3. Comparaison entre MPR J180 et MPR J1 ........................................................... 107
4. Comparaison des trois modèles ........................................................................... 109
Partie 4 : Effets transgénérationels, projet TransG ........................................................ 111
Discussion/Conclusion .......................................................................................................... 115
Partie 1 : Effets de la carence en groupement méthyles sur le transcriptome et le
méthylome du foie de ratons à 21 jours ........................................................... 117
Partie 2 : Effets de la carence en protéines sur le transcriptome et le méthylome du foie
de ratons à 180 jours ......................................................................................... 121
Partie 3: Programmation fœtale, « Gatekeeper genes » et « Master genes »............... 123
Perspectives ........................................................................................................................... 127
Références Bibliographiques ............................................................................................... 131
Matériel et Méthodes ........................................................................................................... 153