Epigénétique et  ARN non-codants

Chez les organismes complexes, l’étude des processus permettant à l’information génétique portée par l’ADN d’être stockée et décodée dans le temps et l’espace, dans un contexte constitué en majeure partie d’ADN ne portant pas d’information protéique (98% du génome des mammifères est non-codant) constitue de nouveaux champs de recherche, ayant des enjeux majeurs aussi bien en science fondamentale qu’en recherche appliquée.

Alors que nous pensions être rentrés au plus profond dans notre constitution génétique et dans son décodage grâce à l’avancée des technologies de séquençage de l’ADN et des ARN, nous sommes à nouveau confrontés à de nouveaux défis scientifiques, technologiques et éthiques afin d’approcher les nouveaux codes liés aux caractéristiques épigénétiques et aux ARN non-codants, qui nous permettront de mieux appréhender le fonctionnement des êtres vivants ainsi que les dérégulations de l’expression du génome associées à des pathologies.

En effet, ces avancées ont fait prendre conscience que le simple décodage de la séquence de nos gènes et de notre génome ne suffirait pas à comprendre (i) le fonctionnement différentiel des différents tissus des organismes, (ii) l’adaptation des cellules à notre environnement endogène ou exogène, mais aussi (iii) les pathologies associées à des dommages (mutations) de l’ADN. A ce titre l’épigénétique, une discipline scientifique relativement récente qui se situe au-delà de la génétique, consiste en l’étude de la façon dont l’ADN est décodé de manière stable et réversible, en considérant non plus seulement les séquences génomiques mais aussi des codes additionnels constitués de modifications chimiques de l’ADN et de facteurs associés. Les ARN non-codants jouent également des rôles majeurs dans la régulation du génome, en lien ou non avec l’épigénétique. De façon très surprenante, les codes « épigénétiques », donc non écrits dans la succession des 4 bases présentes dans les génomes, peuvent être transmis d’une génération à une autre chez certains organismes vivants et seraient susceptibles de faire passer une empreinte environnementale à la descendance.

Problématiques et enjeux:

  • Comment l’information génétique est-elle décodée de façon différente, au-delà de la séquence de l’ADN, pour donner différents phénotypes dans différentes cellules ou différents organismes (ex : jumeaux) ayant le même génotype ? Notion d’identité cellulaire.
  • Quelle est la contribution des ARN non-codants à ces processus ?
  • Quel est l’impact de l’environnement sur l’expression des gènes, à court, moyen et long terme ? Notion de mémoire cellulaire.
  • Quel est l’implication dans des pathologies ainsi que le potentiel diagnostique et thérapeutique des ARN non-codants et des marques épigénétiques ?

Notions abordées:

  • Qu’est-ce que l’épigénétique, au travers des âges et des espèces
  • Déterminants moléculaires de l’épigénétique, chromatine, ARN, organisation 3D du génome
  • Les différents types d’ARN non-codants et leurs mécanismes d’action
  • Les modifications des ARN : l’épitranscriptomique
  • Cellules souches, différenciation et reprogrammation
  • Epigénétique, ARN non-codants, vieillissement et pathologies: bio-marqueurs et enjeux thérapeutiques
  • Les outils d’analyse et de modification des transcriptomes et épigénomes

Niveau requis : Avoir suivi au moins un module de Biologie en deuxième année.

Langue du cours : Anglais
Credits ECTS : 4

Epigenetics and non-coding RNAs

In complex organisms, the study of the processes that allow genetic information carried by DNA to be stored and decoded in time and space, in a context consisting for the most part of DNA that does not carry protein information (98% of the mammalian genome is non-coding), constitutes a new field of research with major issues in both basic science and applied research.


While we thought we had already gone very deep into the decoding of genetic material, thanks to the advancement of DNA and RNA sequencing technologies, we are once again facing new scientific, technological and ethical challenges to approach new codes related to epigenetic characteristics and non-coding RNAs, which will allow us to better understand the functioning of living organisms as well as the deregulation of genome expression in pathologies.

Indeed, these advances have made us realize that the simple decoding of the sequences of our genome would not be enough to understand (i) the differential behavior of the different tissues of the organisms, (ii) the cell adaptation to endogenous/exogenous stress, but also (iii) the pathologies associated with DNA damage (mutations). As such, epigenetics, a relatively recent scientific discipline that goes beyond genetics, consists of studying the way by which DNA is decoded in a stable and reversible way, considering not only the genomic sequences, but also additional codes consisting of chemical modifications of DNA and associated factors. Non-coding RNAs also play major roles in genome regulation, whether or not linked to epigenetics. Surprisingly, the "epigenetic" codes, which are not written in the sequence of the 4 bases present in the genomes, can be transmitted from one generation to another in certain living organisms and could pass an environmental footprint to the offspring.


Issues:
• How is genetic information decoded in different ways, beyond the DNA sequence, to give different phenotypes in different cells or different organisms (e.g., twins) with the same genotype? Concept of cellular identity.
• What is the contribution of non-coding RNAs to these processes?
• What is the impact of the environment on gene expression in the short, medium and long term? Notion of cellular memory.
• What is the implication of non-coding RNAs and epigenetic marks in pathologies as well as in the diagnostic and therapeutic potential?

Main chapters:
• What is epigenetics, across ages and species?
• Molecular determinants of epigenetics, chromatin, RNA, 3D organization of the genome
• The different types of non-coding RNAs and their mechanisms of action
• RNA modifications: the epitranscriptome
• Stem cells, differentiation and reprogramming
• Epigenetics, non-coding RNAs, aging and pathologies: bio-markers and therapeutic issues
• Tools for analyzing and modifying transcriptomes and epigenomes

Required level: Attended at least one biology module in year 2
Course language: English
Credits ECTS: 4




Epigenetics and non-coding RNAs

In complex organisms, the study of the processes that allow genetic information carried by DNA to be stored and decoded in time and space, in a context consisting for the most part of DNA that does not carry protein information (98% of the mammalian genome is non-coding), constitutes a new field of research with major issues in both basic science and applied research.


While we thought we had already gone very deep into the decoding of genetic material, thanks to the advancement of DNA and RNA sequencing technologies, we are once again facing new scientific, technological and ethical challenges to approach new codes related to epigenetic characteristics and non-coding RNAs, which will allow us to better understand the functioning of living organisms as well as the deregulation of genome expression in pathologies.

Indeed, these advances have made us realize that the simple decoding of the sequences of our genome would not be enough to understand (i) the differential behavior of the different tissues of the organisms, (ii) the cell adaptation to endogenous/exogenous stress, but also (iii) the pathologies associated with DNA damage (mutations). As such, epigenetics, a relatively recent scientific discipline that goes beyond genetics, consists of studying the way by which DNA is decoded in a stable and reversible way, considering not only the genomic sequences, but also additional codes consisting of chemical modifications of DNA and associated factors. Non-coding RNAs also play major roles in genome regulation, whether or not linked to epigenetics. Surprisingly, the "epigenetic" codes, which are not written in the sequence of the 4 bases present in the genomes, can be transmitted from one generation to another in certain living organisms and could pass an environmental footprint to the offspring.


Issues:
• How is genetic information decoded in different ways, beyond the DNA sequence, to give different phenotypes in different cells or different organisms (e.g., twins) with the same genotype? Concept of cellular identity.
• What is the contribution of non-coding RNAs to these processes?
• What is the impact of the environment on gene expression in the short, medium and long term? Notion of cellular memory.
• What is the implication of non-coding RNAs and epigenetic marks in pathologies as well as in the diagnostic and therapeutic potential?

Main chapters:
• What is epigenetics, across ages and species?
• Molecular determinants of epigenetics, chromatin, RNA, 3D organization of the genome
• The different types of non-coding RNAs and their mechanisms of action
• RNA modifications: the epitranscriptome
• Stem cells, differentiation and reprogramming
• Epigenetics, non-coding RNAs, aging and pathologies: bio-markers and therapeutic issues
• Tools for analyzing and modifying transcriptomes and epigenomes

Required level: Attended at least one biology module in year 2
Course language: French
Credits ECTS: 4