Villejuif

LES SCIENCES DU VIVANT, UNE RÉVOLUTION EN MARCHE. Comment de grandes découvertes et concepts novateurs jaillissent d’approches et technologies nouvelles.

La conférence se veut un voyage à travers les grandes découvertes, les nouveaux questionnements et les promesses portées par les sciences biologiques de ce début du XXI^e siècle : origines et histoire de la vie, immensité et diversité du monde vivant, notamment microbien, décryptage des génomes, soi et non-soi, intelligence collective, cerveau humain, vivant et environnement, etc. Parce qu’ils sous-tendent ces grandes avancées, les progrès technologiques majeurs de ce début de siècle seront présentés. Enfin, on ne saurait aborder ces tournants actuels sans les illustrer par quelques exemples d’innovations scientifiques issues de ces nouvelles connaissances.

Conférencière

Catherine Jessus / 14/11/19 / Paris / Jussieu /Paloma Laudet / paloma.laudet@gmail.com

Agrégée de sciences de la vie et de la terre et directrice de recherche au CNRS, Catherine Jessus a mené des travaux de recherche aux États-Unis et en France. Elle a dirigé le Laboratoire de biologie du développement à Paris puis l’Institut des sciences biologiques du CNRS. Elle dirige une équipe de recherche sur la division des cellules reproductrices femelles. Elle a découvert des voies de signalisation qui éclairent la biochimie de la division cellulaire, les effets non-génomiques des stéroïdes et la plasticité des réponses cellulaires. Elle a dirigé la rédaction d’un livre grand public sur les avancées actuelles des connaissances en biologie*, et publié différents écrits de politique de la recherche et d’histoire des sciences.

* Etonnant Vivant, Découvertes et Promesses du XXI^e siècle. CNRS Éditions.

L’ADN dans tous ses états

L’ADN (acide désoxyribonucléique) contient toute l’information qui définit les caractères biologiques de chaque être vivant et leur transmission aux générations futures. Toute ? Alors comment expliquer que les cellules d’un même organisme aient des fonctions si différentes si leur matériel génétique est le même ? Pourquoi les gènes, unités de base de l’information, constituent-ils une part infime de nos chromosomes, laissant libre champ à « la matière noire » biologique ? Nous discuterons de
l’organisation des génomes, de l’interprétation de l’information génétique en fonction du contexte et de l’environnement, et de leurs contributions aux états pathologiques.

Légende : Les deux chromosomes X des cellules humaines femelles ne sont pas identiques en termes d’organisation et de fonctionnement. Les noyaux sont colorés en bleu. Les deux chromosomes X, marqués en verts, présentent une asymétrie visible dans une fraction importante des cellules (un signal est intense et compact, l’autre est plus diffus). Cette asymétrie dans l’organisation des chromosomes X s’accompagne d’une asymétrie dans leur fonctionnement (révélée par un marquage rouge) : seul un des deux chromosome X est en fonctionnement dans chaque cellule, l’autre est « dormant ». Copyright: Dr. Kasturi Mahadik, 2021 (image cellules) ; Yola Perret, 2021 (portrait)

Conférencière

Claire Rougeulle a obtenu un doctorat de l’université Pierre et Marie Curie en Génétique Cellulaire et Moléculaire en 1996. Après une expérience post-doctorale à la Harvard Medical School de Boston, USA, elle est recrutée au CNRS en 1999. En tant que chercheuse puis responsable d’équipe, elle s’intéresse aux régulations épigénétiques, c’est-à-dire à la manière dont l’information génétique est interprétée en fonction du contexte. Elle reçoit la médaille de bronze du CNRS en 2007 et la médaille d’argent en 2019. Depuis 2018 elle est également professeur à l’Ecole Polytechnique où elle enseigne la biologie moléculaire et l’épigénétique.

Les laboratoires proposés

Paris Epigenetics est un centre de recherche multidisciplinaire dans les domaines de la différenciation des cellules souches et l’épigénétique. Les travaux de recherche y sont axés sur l’importance des régulations épigénétiques dans la détermination du destin cellulaire et des programmes de différenciation chez les mammifères, en conditions normales et pathologiques. Les 7 équipes s’appuient sur des modèles cellulaires et animaux et des technologies de pointe pour étudier les régulations épigénétiques et les mécanismes moléculaires sous-jacents dans les contextes de la stabilité des génomes, de la réponse au stress, du dialogue horizontal entre organismes, des maladies rares et de l’évolution. L’unité a créé des plateformes techniques innovantes pour l’épigénomique fonctionnelle, la production de particules lentivirales et rétrovirales, la culture et manipulation des cellules souches embryonnaires humaines et les analyses bioinformatiques. Paris Epigenetics est membre du LabEx Who Am I? Déterminants de l’identité, de la molécule à l’individu.

Université de Paris – site Diderot, Bâtiment Lamarck, 35 rue Hélène Brion 75013 Paris

L’unité est dirigée par le Dr. Valérie MEZGER (directrice) et le Dr. Claire ROUGEULLE (directrice adjointe). Ensemble, elles ont établi une structure managériale qui permet le partage des responsabilités et la délégation des tâches vers les chercheurs seniors de
l’unité. Les décisions stratégiques sont prises par le Comité de Direction, qui regroupe tous les chefs d’équipe, et les décisions générales de fonctionnement de l’unité sont discutées au Conseil d’unité, composé des chefs d’équipe et de membres élus représentants les différentes catégories de personnels de l’unité. Les équipes de recherche de l’unité étudient les mécanismes moléculaires de l’épigénétique (méthylation de l’ADN, variants et modifications d’histones et ARN non-codants), leur
implication dans le développement et les processus de différentiation et leur contribution aux processus pathologiques. La caractéristique de nos projets est de développer des orientations non-conventionnelles en épigénétique, sur la base de ces travaux pionniers : le potentiel moteur des ANR non-codants dans l’évolution ; l’étude des fonctions nucléaires de facteurs chromatiniens ou de transcription ; la contribution des voies de réponse au stress à l’intégrité de l’épigénome ; le dialogue horizontal entre organismes (hôtes-parasites). L’unité s’oriente vers des analyses à l’échelle de la cellule unique, et participe à la dynamique des transformations radicales du monde de l’épigénétique, portée par la production et l’intégration de données à haut débit. Outre la recherche, l’unité Epigénétique et Destin Cellulaire, qui accueille deux professeurs et huit MCU, considère comme une priorité d’investir massivement dans l’enseignement et la formation des étudiants et jeunes chercheurs.

@ U. Paris
Légende : Comité de direction
(de gauche à droite) Dr. Claire Francastel (DR INSERM), Dr. Pierre-Antoine Defossez (DR
CNRS), Dr. Claire Rougeulle (DR CNRS, Directrice Adjointe), Pr. Weitzman (PR U. Paris),
Dr. Valérie Mezger (DR CNRS, Directrice), Dr. Slimane Ait Si Ali (DR CNRS), Dr. Sophie
Polo (DR INSERM)

Description des démos, manips
Les visites seront précédées d’une courte présentation de l’unité Epigénétique et Destin Cellulaire aux participants, par sa directrice Valérie Mezger.
Atelier 1. L’ADN : de l’extraction à la caractérisation (10 places). L’objectif de cet atelier est de montrer que l’information génétique est identique quel que soit le type cellulaire
1. Extraction d’ADN à partir de différents types cellulaires
2. Amplification par PCR (polymerase chain reaction)
3. Gel d’agarose pour visualiser les produits d’amplification

Atelier 2. Analyse de la méthylation de l’ADN (10 places)
L’objectif de cet atelier est de montrer que l’information épigénétique est variable en fonction du type cellulaire Application de la méthode LUMA (Luminometric methylation assay)
1. Digestion de l‘ADN extrait par des enzymes de restriction sensibles ou non à la méthylation
2. Mesure de l’activité de ces enzymes (et donc de la méthylation de l’ADN) par pyroséquencage

Atelier 3. Bio-informatique (10 places)
L’objectif de cet atelier est de découvrir les outils bio-informatiques permettant de visualiser les données génomiques et épigénomique et leurs variations en fonction du contexte cellulaire.
1. Alignement de séquences génomiques interespèces
2. Exploration de données d’immunoprécipitation de chromatine et de méthylation de l’ADN sur des « génome browser ».

L’Institut Jacques Monod (CNRS/Université de Paris) est l’un des principaux pôles de recherche fondamentale en biologie en Ile-de-France. Il comprend une trentaine d’équipes effectuant des recherches selon trois thèmes (Dynamique du génome et des chromosomes, Dynamique cellulaire et signalisation, Développement et évolution) et deux axes transversaux (Biologie quantitative et modélisation, Pathologies moléculaires et cellulaires). Les recherches interdisciplinaires, à l’interface de la physique, des mathématiques, de la chimie et de la médecine, y sont vivement encouragées

Atelier 4 : Epigénétique et dynamique du génome chez un eucaryote modèle, la paramécie (5 places)

L’équipe a été créée à l’IJM en 2011 grâce à un financement du CNRS. Elle comprend un chercheur
permanent et des étudiants en thèse, un post-doctorant, et accueil chaque un ou deux stagiaires en licence
et master.

Membres de l’équipe scientifique :
DUHARCOURT Sandra, Directrice de recherche CNRS
KAWAGUCHI Takayuki, post-doctorant
CHARMANT Olivia, étudiante en thèse, Université de Paris
BALAN Thomas, étudiante en thèse, Université de Paris
Un ingénieur temporaire sera recruté en novembre/décembre 2021
L’équipe accueille 1-2 stagiaires par an (niveau licence/master)

Duharcourt Lab – Juillet 2021 – Institut Jacques Monod

Principales thématiques, thématiques émergentes, points forts… du labo :
Les réarrangements du génome sont rares et sporadiques et peuvent conduire à des cancers chez l’homme. Cependant, des réarrangements du génome se produisent de manière programmée au cours du développement chez de nombreux organismes, aboutissant à l’élimination d’une fraction du génome dans les cellules somatiques. Chez l’eucaryote unicellulaire Paramecium, des évènements d’élimination d’ADN reproductible et inductible se produisent de manière massive au cours du développement du noyau somatique. Cet organisme est donc un excellent modèle pour élucider les mécanismes fondamentaux qui contrôlent la dynamique du génome eucaryote. Nous combinons un large éventail d’approches expérimentales moléculaires, cellulaires, génétiques et biochimiques pour étudier les mécanismes et la régulation de ce processus et son histoire évolutive.

Description des manips :

Image au microscope confocal de cellules de paramécie transformées après immunofluorescence. A
gauche, les noyaux sont colorés par un marquage au Hoechst. A droite, des anticorps dirigés contre
l’étiquette FLAG permettent de visualiser la protéine Ptiwi09 dans certains noyaux de paramécie.
Copyright : Caridad Miro Pina and Sandra Duharcourt

Observations/Manipulation de cellules
• Observation de cellules sous la loupe binoculaire.
• Observation au microscope de lames d’immunofluorescence (localisation d’une protéine)
• Mise en place d’une expérience de conjugaison (reproduction sexuelle) : manipulation des
cellules, et observation sous la loupe binoculaire

2. Mise en place d’expériences de biologie moléculaire
• PCR
• migration d’ADN sur gel d’agarose et visualisation

Atelier 5 : Les ARN messagers : aspects fondamentaux (génomes) (5 places)

Benoit PALANCADE, Directeur de recherches (CNRS), chef d’équipe
Arianna PENZO, Chercheure doctorante (Université de Paris)
Raphaël MANGIONE, Chercheur doctorant (Université de Paris)
Ophélie LAUTIER, Assistante Ingénieure (CNRS)
Guillaume JANNOT, Ingénieur de Recherches (Université de Paris)

Equipe Biogenèse des ARNs et homéostasie du génome,
Juillet 2021. De gauche à droite : Raphaël MANGIONE, Arianna
PENZO, Myriam ZHENG (Stagiaire Master, Avril- juillet 2021),
Ophélie LAUTIER, Benoit PALANCADE.
Copyright B. PALANCADE – CNRS.

La production régulée d’ARN messagers est une étape clef des processus d’expression des gènes, mais peut entrer en compétition avec la maintenance ou la duplication des chromosomes. C’est dans ce cadre que notre équipe explore les mécanismes qui régulent les différentes aspects du métabolisme des ARNm, depuis leur synthèse dans le noyau jusqu’à leur traduction dans le cytoplasme, en cherchant notamment à comprendre :
– comment la synthèse des ARNm est compatible avec les autres activités moléculaires ciblant l’ADN;
– comment ces processus sont organisés dans l’espace et les différents compartiments cellulaires.
La démarche intégrative adoptée par notre équipe pour aborder ces questions combine des approches
systématiques et mécanistiques chez un modèle eucaryote unicellulaire, la levure S. cerevisiae.

Description des manips
La visite du laboratoire comprendra :
– une présentation interactive de la démarche scientifique employée par l’équipe, et des différents
projets de recherche en cours.
– des démonstrations pratiques du panel d’approches expérimentales utilisées au laboratoire:
microbiologie (culture de levures), génétique (croisements de levures et microdissection de produits de méïose), biologie cellulaire (marquage de cellules et microscopie à fluorescence), biologie moléculaire, biochimie, bioinformatique (analyse de données de séquençage à haut débit). – la réalisation de deux expériences typiques : (i) purification et caractérisation des acides nucléiques (ADN, ARN) extraits de cellules de levure ; (ii) visualisation de la localisation d’ARN messagers dans des cellules de levure par microscopie à fluorescence (voir illustration).

Visualisation de la localisation d’ARN messagers
spécifiques (ici, en rose et vert, ceux codant pour
certaines sous-unités du pore nucléaire) par
hybridation in situ en fluorescence chez la levure.
Les noyaux sont colorés au DAPI (en bleu)

Website : https://www.ijm.fr/975/equipes/biogenese-des-arns-et-homeostasie-du-genome.htm

Atelier 6 : Analyse du programme temporel de la duplication des génomes chez les vertébrés (5 places)
Membres de l’équipe scientifique
Caroline Brossas, Ingénieur d’Etude, Université de Paris
Juliette Mandelbrojt, Doctorante
Aurélie Masson, Etudiante Master 2
Marie-Noëlle Prioleau, DR, Inserm

Etude des mécanismes de régulation du programme spatio-temporel de la réplication et de l’implication de sa dérégulation dans des pathologies

Nous allons présenter la méthodologie utilisée pour cartographier le moment de réplication de l’ensemble du génome de cellules de vertébrés. Cela impliquera une démonstration du tri cellulaire par cytométire en flux et une analyse des données de génomique obtenues par séquençage massif sur un logiciel qui nous permet de naviguer sur un génome (Genome Browser).

Eléments caractéristiques des domaines de réplication précoces et tardifs (de Brossas et al, 2021) • DOI: 10.1002/bies.202100141 Visualisation sur le navigateur UCSC d’une région couvrant 3 Mb du chromosome 1. L’analyse du moment de réplication est montrée dans le panneau du haut (Replication Timing). Les régions en cours de synthèse dans les fractions précoces (S1), du milieu (S2 & S3) ou de la fin de la phase S sont représentées en rouge. Ces données sont alignées avec les ARN en cours de synthèse (Nascent RNA) et les sites de démarrage de la réplication (SNS). Ces analyses permettent de dégager des propriétés générales de l’organisation des génomes des vertébrés.

Atelier 7 : L’analyse protéomique quantitative par spectrométrie de masse : méthodes, outils et applications en biologie et médecine (5 places)

Equipe scientifique
Jean-Michel Camadro, directeur de recherche, CNRS, coordinateur scientifique.
Guillaume Chevreux, Ingénieur de recherche, Université de Paris, responsable de la plateforme
Ingénieurs de plateforme : Véronique Legros et Laurent Lignières.

La mission de la plateforme est d’offrir à la communauté des chercheurs en biologie des compétences et services permettant d’intégrer des approches protéomiques dans le développement de leurs projets scientifiques. En plus d’être ouverte aux chercheurs de l’Institut Jacques Monod, de l’ex-IFR Biologie systémique et de IFR02 « Cellules Epithéliales » de la faculté de Médecine Xavier Bichat (Université de Paris), la plateforme ProteoSeine est largement ouverte aux chercheurs d’autres laboratoires publics ou privés.
ProteoSeine a bénéficié depuis 2013 de soutiens financiers importants de la Région Ile-de-France (SESAME 2013), de l’ITMO Cancer Avisean, de l’Université Paris Diderot (Actions de Recherche Structurantes), du CNRS et de l’Institut Jacques Monod permettant l’achat d’une instrumentation moderne et performante pour les analyses protéomiques.

Description des démos, manips,
– Présentation théorique des principes de l’analyse protéomique quantitative par spectrométrie de masse.
– Expérimentation sur l’instrumentation de la plateforme : analyse d’un mélange protéique complexe de cellules humaines par chromatographie liquide haute performance couplée à la spectrométrie de masse en tandem.
– Interprétation statistique d’un jeu de données d’analyse différentielle des variations de protéomes

Atelier 8 : Présentation de la plateforme de microscopie ImagoSeine (5 places)

Nous sommes une équipe d’ingénieurs, provenant de disciplines différentes (biologie, physique, informatique), travaillant sur l’interface de la microscopie avec la biologie.
Nos rôles sont:
• l’orientation des utilisateurs vers l’équipement le plus adapté à leur projet,
• l’aide à la conception des outils : biologie moléculaire, étiquetage des protéines, choix des marquages et des fluorophores, protocoles d’analyse …
• l’aide à la mise en place de l’expérience : définition des contrôles, des modes opératoires, des précautions à prendre vis-à-vis des artefacts potentiels,
• l’encadrement éventuel des utilisateurs pour la réalisation des expériences,
• la mise à disposition d’équipements calibrés,
• la formation des utilisateurs pour une utilisation autonome des équipements,
• la prise en charge des acquisitions pour les utilisateurs non autonomes,
• l’aide au traitement et à l’analyse des données obtenues,
• l’aide à l’interprétation des résultats, bilan et aide à la présentation des résultats

Xavier BAUDIN IR CNRS, resp. microscopie photonique
Sylvie BOULET AI CNRS, gestionnaire
Vincent CONTREMOULINS IE CNRS, analyse d’images
Catherine DURIEU IE CNRS, microscopie électronique
Paul LAMBERT IE Labex WhoAmI, microscopie photonique
Rémi LE BORGNE IE UP, resp. microscopie électronique
René Marc MEGE DR CNRS, co-responsable scientifique
Nicolas MOISAN IR CNRS, microscopie photonique/analyse d’image
Nicolas VALENTIN IE CNRS, cytométrie
Jean Marc VERBAVATZ Pr UP, co-responsable scientifique

Description des démos, manips,
Présentation de la plateforme, des instruments et d’expériences de biologie des utilisateurs présents le 6 janvier. Observations d’échantillons vivants ou fixés sur certains microscopes de la

Coupe tomographique de cellule HeLa en MET (JeanMarc Verbavatz)

 Atelier 9 : Remonter le temps grâce à l’analyse de génomes anciens (5 places)

Equipe scientifique

L’équipe paléogénomique étudie l’évolution des génomes des êtres humains, des bovins et des chats depuis
le Pléistocène supérieur. (@Eva-Maria Geigl)

L’équipe « Epigénome et Paléogénome » de l’institut Jacques Monod s’intéresse à l’évolution des génomes des espèces animales. En étudiant les génomes préservés dans des fossiles, témoins directs de l’évolution, les chercheurs retracent le chemin de l’évolution des êtres humains ainsi que de certains animaux domestiqués ainsi que de leurs espèces-sœurs sauvages. Cette approche permet, entre autre, de caractériser la dynamique des populations en fonction des fluctuations climatiques depuis le Pléistocène supérieur (entre il y a 126 000 – 11 000 ans), la domestication des animaux ainsi que les migrations et métissages des populations humaines en Europe.

Equipe scientifique

Eva-Maria Geigl, Directrice de recherche au CNRS, co-responsable de l’équipe
• Thierry Grange, Directeur de recherche au CNRS, co-responsable de l’équipe
• Wejden Bendhafer, étudiante en thèse
• Oguzhan Parasayan, étudiant en thèse
• Jeanne Mattei, étudiante en thèse
• Caitlin Martin, étudiante en thèse

L’équipe paléogénomique. (@ Eva-Maria Geigl

La partie pratique des manipulations des fossiles s’effectuant dans un laboratoire de haut confinement, nonaccessible au public, nous allons montrer une vidéo de ces étapes expérimentales. La partie pratique qui s’effectue au laboratoire « moderne » sera exemplifiée par une petite étape du protocole expérimental. Ensuite, nous allons présenter les principes de l’analyse bioinformatique des génomes
https://www.ijm.fr/en/98/research-groups/epigenome.htm

Purification d’extraits fossiles au laboratoire de haut
confinement à l’institut Jacques Monod. @Eva-Maria Geigl