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Au cours du développement précoce de l'embryon, une importante vague de reprogrammation épigénétique efface et rétablit les profils de méthylation d’ADN (metADN) à travers le génome. Cependant, des régions spécifiques telles que les gènes à empreinte doivent échapper à cette vague de reprogrammation et maintenir leurs profils de metADN précis par l’activité constante de l’enzyme DNMT1 (ADN méthyltransférase 1) pour assurer le bon développement embryonnaire. En utilisant un modèle de cellules souches embryonnaires (mES) de souris avec une répression inductible de Dnmt1 (Dnmt1tet/tet), nous avons précédemment montré que la perte temporaire de Dnmt1 déclenche la perte permanente des profils de metADN sur les régions à empreinte et régions similaires, ainsi que sur d'autres régions du génome. Nous ne comprenons toujours pas pourquoi certaines séquences génomiques sont incapables de rétablir leurs profils de metADN normaux après la ré-expression de Dnmt1, et comment d'autres marques épigénétiques (e.g. les modifications des histones) sont altérées. Notre hypothèse est qu’un réarrangement erroné des marques d’histones aux régions promotrices, suivant une perte temporaire du maintien de la méthylation d’ADN par DNMT1, empêchera l’expression normale dans les cellules souches embryonnaires de souris. Pour ce faire, nous avons collecté des cellules mES Dnmt1tet/tet avant l'inactivation de Dnmt1, après l'inactivation de Dnmt1, puis après la réactivation complète de l'expression de Dnmt1. Nous avons ensuite utilisé la technique ChIP-Seq pour les marques d'histones (H3K4me3, H3K27me3, H3K27ac, H3K9me3, H3K4me1), celle de RRBS pour la méthylation de l'ADN et la technique de RNA-Seq pour l'expression des gènes. En définissant une liste de 18 166 promoteurs uniques, nous les avons classés en quatre catégories (Actif, Bivalent, Déplété et Réprimé). Nous montrons que l'inactivation de Dnmt1 mène à une dérégulation drastique des marques d'histones à travers les types de promoteurs. Cependant, lors de la réactivation de Dnmt1, la plupart de ces défauts ont été corrigés. Pourtant, dans l’ensemble des catégories, nous observons des promoteurs avec des dysrégulations persistantes des marques d'histones ainsi qu'un nombre significatif de gènes avec une expression différentielle. Dans l'ensemble, nos résultats montrent qu'une absence temporaire de DNMT1 a un impact plus important sur la conservation des profils des marques d'histones et l'expression des gènes que sur le maintien des profils de metADN sur les régions promotrices, dans les cellules souches embryonnaires de souris. Cela suggère que l'absence temporaire de maintien de la méthylation d’ADN déclenche une série d'événements qui conduisent à des dérégulations permanentes de marques d'histones aux promoteurs, lesquelles ne sont pas directement associés aux altérations sous-jacentes de la méthylation d’ADN dans les régions promotrices. / During early embryo development, a major epigenetic reprogramming wave erases and re-establishes DNA methylation (DNAmet) profiles across the genome. However, specific regions such as imprinting loci must escape this reprogramming wave and maintain their precise DNAmet profiles by constant DNMT1 (DNA methyltransferase 1) activity to ensure the proper development. Using a mouse embryonic stem (mES) cell model with inducible Dnmt1 repression (Dnmt1tet/tet), we previously showed that the temporary loss of Dnmt1 triggers the permanent loss of DNAmet profiles on imprinted and imprinted-like regions, as well as on other regions across the genome. We still do not understand why particular genomic sequences are unable to re-establish their normal DNAmet profiles following Dnmt1 re-expression, and how other epigenetic marks (e.g., histone modifications) are altered. Our hypothesis is that an erroneous rearrangement of histone marks on promoter regions following a temporary lack of DNAmet maintenance by DNMT1 will prevent proper gene expression in mouse embryonic stem cells. To test this, we collected mESDnmt1tet/tet cells prior to Dnmt1 inactivation, after Dnmt1 inactivation, and following complete reactivation of Dnmt1 expression. We then performed ChIP-Seq for histone marks (H3K4me3, H3K27me3, H3K27ac, H3K9me3, H3K4me1), RRBS for DNA methylation and RNA-Seq for gene expression. By defining a list of 18 166 unique promoters we categorized them in four categories (Active, Bivalent, Depleted and Repressed). We show that inactivation of Dnmt1 lead to drastic dysregulation of histone marks across types of promoters. However, upon reactivation of Dnmt1, most of these defects were rescued. Still, across categories, we observe promoters with persistent histone mark dysregulations as well as a significant number of associated genes with differential expression. Overall, our results show that a temporary lack of DNMT1 has a greater impact on the conservation of histone mark profiles and gene expression than it has on the maintenance of DNAmet profiles on promoter regions in mouse embryonic stem cells. This suggests that the temporary lack of methylation maintenance triggers a series of events that leads to the permanent dysregulation of histone marks in promoter regions, which are not directly associated with underlying DNA methylation alterations in the promoter regions.

Problématique : Durant la période fœtale, le métabolisme global du fœtus fonctionne en hypoxie, ce qui limite la phosphorylation oxydative dans la mitochondrie, et par conséquent la production d’adénosine triphosphate (ATP). Ces conditions sont nécessaires pour le développement intra-utérin. Lors de la naissance, l’augmentation des concentrations d’oxygène et un stress oxydatif permettent une transition métabolique. Une charge oxydative supplémentaire en période néonatale pourrait perturber cette transition métabolique et causer des complications. La nutrition parentérale (NP) administrée aux nouveau-nés prématurés apporte un triple fardeau oxydatif : une exposition à des peroxydes oxydants autogénérés par l’interaction des composants de la NP, une carence en vitamine C (instable en solution), et une déficience en glutathion, vu la charge oxydative élevée. Cette charge oxydative excessive affecte l’homéostasie redox au foie et aux poumons, ainsi que le métabolisme énergétique hépatique, et ce, par des effets immédiats et à long-terme. La méthylation de l’ADN est un possible mécanisme qui explique les effets à long terme. Le but de ce travail était de caractériser l’impact à court- et long-terme de la NP néonatale sur l’homéostasie redox, la méthylation de l’ADN, et le métabolisme des glucides et lipides, en isolant chacun des facteurs nutritionnels. Méthodes : Des cochons d’Inde ont été divisés dans les groupes suivants 1) NP : nutrition intraveineuse complète ; 2) NP+ glutathion disulfure (GSSG) (6 ou 12µM- substrat pour la synthèse intra-cellulaire de glutathion); 3) Diète complète : nutrition orale complète 4) Diète déficiente en Vitamine C; 5) Diète déficiente en Cystéine; 6) Diète double déficiente; ou. À 1 semaine de vie, la moitié des animaux était sacrifié et l’autre moitié a commencé à manger une diète complète jusqu’à l’âge adulte. Résultats et discussion : Les animaux ayant reçu une NP néonatale ont un métabolisme énergétique permettant la synthèse de nicotinamide adénine dinucléotide phosphate (NADPH) par l’augmentation de l’activité de la glucokinase (captation de glucose), et diminution de celles de la phosphofructokinase-1 (PFK-1) (glycolyse) et acétyl-CoA-carboxylase-1 (ACC)(lipogenèse). À l’âge adulte, les animaux ont une diminution des niveaux de GSSG, indiquant un débalancement de l’homéostasie redox vers le côté réducteur programmé par la NP néonatale. L’activité augmentée de l’ACC suggère une tendance à accumuler les lipides au foie à la suite d’une diète riche en glucides. L’ajout de glutathion à la NP ne prévient pas ces perturbations, car les déficiences en glutathion et vitamine C jouent un rôle sur la modulation des niveaux protéiques de l’ACC. Les diètes néonatales déficientes en vitamine C et cystéine augmentent l’activité de la PFK-1. Cette augmentation se maintient jusqu’à l’âge adulte chez les mâles, mais pas chez les femelles. Les niveaux protéiques de la glucokinase et ACC sont diminués à 1 semaine, et ceux de l’ACC sont élevés à 3 mois dans les groupes ayant reçu une des diètes déficientes. Ces effets sont similaires à ceux trouvés dans les animaux nourris avec la NP, suggérant que la déficience de la NP en ces nutriments et non les peroxydes cause ces effets. Dans tous les groupes, un stress oxydatif a été démontré à 1 semaine de vie, soit par l’augmentation des niveaux de GSSG, ou la diminution du GSH. Cet effet est vrai pour le foie et le poumon. Une réponse de Nrf2 est observée aussi au foie, ce qui caractérise un niveau bas de stress oxydatif. La baisse de GSH pulmonaire chez les animaux déficients est secondaire à l’inhibition oxydative de la voie de transméthylation au foie. Une diminution des niveaux d’ARNm de glutathion réductase et glutarédoxine sont observées, ce qui favorise encore le stress oxydatif pulmonaire. À long terme, les effets sont les opposés, soit débalancement de l’homéostasie redox vers le côté réducteur au foie et poumon. La méthylation de l’ADN était diminuée au foie des animaux nouveau-nés recevant les diètes déficientes, mais aucun changement n’a été observé aux poumons. Cette diminution est en accord avec les hauts niveaux d’ARNm des gènes de la protéine régulatrice de la glucokinase, et AMPK. À long-terme, l’effet inverse est observé pour la méthylation de l’ADN Conclusion : La NP modifie le flot d’énergie au foie à 1 semaine visant favoriser le métabolisme redox en détriment du métabolisme énergétique. Cet effet semble créer une déficience énergétique fonctionnelle, qui se développe en une lipogenèse accrue en âge adulte. Cela peut représenter un exemple de la plasticité développementale. Bien qu’un stress oxydatif en âge néonatal ne soit pas létal, il affecte le métabolisme énergétique et redox à long-terme, probablement par la méthylation de l’ADN. Les résultats de ce travail démontrent que ces animaux adultes ont une capacité accrue d’entreposer de l’énergie, soit par une lipogenèse plus élevée, soit par une accumulation d’énergie redox (glutathion). Aucune maladie métabolique n’était observée chez les animaux, mais il est attendu à ce que ces animaux développent ces maladies plus facilement suite à l’exposition à des insultes (habitudes de vie malsaines, tabagisme, etc.). / Problematic: During the fetal period, the general metabolism works under hypoxia, limiting oxidative phosphorylation in mitochondria and adenine triphosphate (ATP) synthesis. These conditions are necessary for intrauterine development. After birth, the increasing oxygen concentrations and the associated oxidative stress induce a metabolic transition. An excessive oxidative load during the neonatal period could perturb this transition. Parenteral nutrition (PN) administered to premature newborns comes with a triple oxidative burden: contaminating peroxides generated in solution, vitamin C deficiency (unstable in solution), and glutathione deficiency (caused by the high oxidative load). This oxidative load affects redox homoeostasis in the liver and lungs, as well as energy metabolism in the liver. These effects are not only immediate, but they are also delayed. DNA methylation is a candidate mechanism explaining the long-term effects. The objective of this work was to characterize the short- and long-term impacts of neonatal PN over redox homoeostasis, DNA methylation and carbohydrate and lipid metabolism by isolating each of these factors. Methods: Six groups of three-day-old guinea pigs received for 4 days either: 1) Total PN; 2) PN+glutathione disulfide (GSSG) (6 or 12µM-anti-peroxide);3) Vitamin C deficient; 4) Cysteine deficient; 5) Double deficient; or 6) Complete diets. At 1 week of life, half of the animals were sacrificed, and the other half started eating nutritionally complete diets until adulthood. Results and discussion: NP animals had energy metabolism shifted favouring nicotinamide adenine dinucleotide phosphate (NADPH) synthesis, as evidenced by the increase in glucokinase activity (glucose trapping in hepatocytes) and decrease in phosphfuctokinase-1 (PFK-1) (glycolysis) and acetyl-CoA-carboxyalase-1 (ACC) (lipogenesis) activities. Adding GSSG to parenteral nutrition prevents these changes. During adulthood, ACC activity is increased, suggesting a tendency to accumulate lipids after a diet rich in carbohydrates. Adding GSSG to PN does not prevent these changes as they seem to be caused by the nutritional deficiencies in vitamin C and cysteine. Neonatal diets deficient in vitamin C and cysteine increase PFK-1 activity. This increase is maintained until adulthood in males but not in females. Protein levels of glucokinase and ACC are decreased at 1 week of life and ACC levels are increased at adulthood in deficient groups. These effects are like the ones observed in PN animals. In all groups, oxidative stress is demonstrated in 1-week-old animals, either by an increase in GSSG levels, or a decrease in GSH. This is true for the liver and lungs. An Nrf2 response is also observed in the liver, suggesting a low level of oxidative stress. The decrease in lung GSH is secondary to the oxidative inhibition of the transmethylation pathway in the liver. Decreased levels of glutathione reductase and glutaredoxin mRNA levels are observed in lungs, favouring pulmonary oxidative stress. At adulthood, an imbalance in redox homeostasis towards a reducing state is observed in lungs and liver. DNA methylation was decreased in the liver of deficient animals at 1-week, but no changes were observed in lungs. This decrease is in accordance with the decrease in mRNA levels of glucokinase regulatory protein and AMPK. At adulthood, the opposite effect was observed for DNA methylation. Conclusion: Parenteral nutrition alters the energy flow in the liver of 1-week-old animals, favouring redox metabolism over energy metabolism. This effect seems to create a phenotype of functional energy deficiency which translates into an increased lipogenesis at adult age. This may be an example of developmental plasticity. Although neonatal oxidative stress is not lethal, it affects energy and redox metabolism at adulthood, probably through DNA methylation. The presented results demonstrate these animals have an increased capacity of storing energy, either through increased lipogenesis, or by an increase in redox energy accumulation (glutathione). No metabolic disease was observed. Although it would be expected that these animals would develop these diseases more easily after exposure to insults, such as unhealthy lifestyle habits, smoking, and others.

AREG und EREG sind Liganden des EGFR, deren Expression mit einem positiven EGFR-zielgerichtetem Therapieansprechen in Darmkrebs korreliert. Ziel dieser Arbeit war es, einen epigenetischen Einfluss auf die AREG und EREG Expression zu klären. Es wurde gezeigt, dass AREG und EREG in verschiedenen kolorektalen Krebszelllinien differenziell exprimiert sind, und dass die Expression beider Gene durch epigenetische Inhibitoren erhöht werden kann. Eine Analyse in fünf Zelllinien zeigte jedoch, dass die Promotoren beider Gene hauptsächlich unmethyliert vorlagen. Hingegen wurden kurze Regionen im Gen als differentiell methyliert identifiziert. Im AREG Gen liegt diese Region im Exon 2, was auf einen ungewöhnlichen Regulationsmechanismus hindeutet. Promotorfunktionsanalysen zeigten dann, dass diese Region eine methylierungs- und orientierungsabhängige Promotorfunktion hat, in die das MDB-Protein CTCF involviert sein könnte. Expressionsanalysen wiesen darauf hin, dass auch ZBTB33, ein anderes MDB-Protein, in die AREG Regulation involviert sein könnte. Die ZBTB33 Expression korrelierte negativ mit der AREG Expression in den Zelllinien. Eine ZBTB33-Bindungsstelle konnte ausserdem bioinformatorisch im AREG Exon 2 identifiziert werden. Des weiteren wurde gezeigt, dass die Behandlung der Zelllinie LIM1215 mit HDAC Inhibitoren in vitro zu einer Erhöhung der Sensitivität gegenüber EGFR-zielgerichteten Medikamenten führt, begleitet von einer Erhöhung der AREG und EREG Expression. Im in vivo Versuch konnte die Sensitivität von LIM1215 Zellen durch die Behandlung mit DNMT Inhibitoren erhöht werden. Begleitet wurde dies hier mit einer Verringerung der Methylierung der AREG und EREG intragenischen CpGs. Diese Ergebnisse zeigen auf, dass Patienten, die resistent gegenüber EGFR-zielgerichteten Therapien sind, möglicherweise sensitiv gemacht werden können. In dem Fall könnten AREG und EREG als prädiktive Marker eingesetzt werden, um den Effekt der epigenetischen Inhibitoren zu evaluieren. / AREG and EREG are ligands of the EGFR whose expression correlates with a positive EGFR-targeted therapy response in colorectal cancer. Aim of this work was to define the influence of epigenetic mechanisms on AREG and EREG gene expression. It could be shown that AREG and EREG are differentially expressed in a set of colorectal cancer cell lines and that the expression of both genes increases after treatment with epigenetically interfering compounds such as DNMT inhibitors and HDAC inhibitors. Methylation analysis showed that the promoters of both genes were mainly unmethylated. Nevertheless, short intragenic regions were identified to be differentially methylated. For AREG, this region is located within exon 2, indicating an uncommon epigenetic regulatory mechanism. Promoter function analyses showed that the AREG exon 2 region harbor methylation- and orientation dependent promoter function and they suggested CTCF, an MDB-protein, to be involved in this mechanism. Expression analysis experiments suggested also ZBTB33, another MDB-protein, to be involved in AREG regulation. ZBTB33 was differentially expressed in the cells and it correlated inversely with the AREG expression. Additionally, bioinformatic analyses identified a ZBTB33 binding site within AREG exon 2. It was also shown in this work that LIM1215 cells treated with HDACis were more sensitive towards EGFR inhibitors in vitro. This effect was accompanied by an increased AREG and EREG expression. In vivo, an increased sensitivity towards EGFR inhibitors was achieved in LIM1215 cells by treatment with a DNMT inhibitor. Here the effect was accompanied by a reduced methylation within the AREG and EREG intragenic CpGs. Together, the results suggested a new possibility to potentially make EGFR-targeted therapy resistant patients suitable for this therapy by epigenetic compound treatment. In that case AREG as well as EREG might be predictive markers to evaluate the effect of the epigenetic compounds during therapy.

Introduction: L'étude des biomarqueurs a le potentiel de documenter sur les mécanismes sous-jacents de l'étiologie du cancer du poumon. Dans cette étude, nous avons étudié l’association entre la méthylation de l’ADN dans les gènes F2RL3 et AHRR et le cancer du poumon. Méthodes: Une étude cas-témoin avec échantillonnage cumulatif a été nichée dans la cohorte CARTaGENE. Les cas (N=187) se composent de tous les participants diagnostiqués avec un cancer du poumon incident entre le début de la cohorte (2009) et 2015 et qui avaient fourni un échantillon de sang; les témoins (N=378) ont été échantillonnés à la fin du suivi parmi les non-malades selon un appariement fréquentiel (2:1) pour l'âge, le sexe et le moment du prélèvement sanguin. Sequenom EpiTYPER® a été utilisé pour quantifier les niveaux de méthylation dans sept et 33 sites CpG de F2RL3 et AHRR, respectivement. Les rapports de méthylation de l'ADN sur tous les sites CpG individuels et en tant que mesure moyenne ont été paramétrés à la fois comme variables continues et catégorielles. Une régression logistique multivariable non conditionnelle a été utilisée pour estimer les rapports de cotes (OR) et les intervalles de confiance (IC) à 95 % de l’association entre la méthylation de F2RL3 et AHRR et le cancer du poumon tout en contrôlant les facteurs de confusion identifiés à l'aide de graphiques acycliques dirigés. Résultats: Une forte association inverse entre les niveaux moyens de méthylation de l'ADN et le cancer du poumon a été observée pour F2RL3 (OR par écart type (SD) de changement de méthylation = 0,65, IC à 95 %: 0,53-0,80) et AHRR (OR par SD de changement de méthylation = 0,66, IC à 95 %: 0,53 à 0,80). De même, les sites CpG individuels ont montré des ORs (par SD de changement de méthylation) allant de 0,61 à 0,70 pour six des sept sites CpG de F2RL3 et de 0,57 à 0,79 pour 17 des 33 sites CpG de AHRR. Les sites CpG restants de F2RL3 et AHRR n'ont montré aucune association avec le risque de cancer du poumon, à l'exception d'un site CpG dans AHRR (chr5:369774) qui avait un OR de 1,25 (IC à 95 %: 1,02-1,54). Conclusion : Ces résultats confirment le rôle des mécanismes épigénétiques dans l'étiologie du cancer du poumon. / Background: The study of biomarkers has the potential to inform on underlying mechanisms in lung cancer etiology. In this study, we investigated DNA methylation in the F2RL3 and AHRR genes, and lung cancer risk. Methods: A case-control study with cumulative sampling was nested in the CARTaGENE cohort. Cases (N=187) consisted of all participants diagnosed with incident lung cancer from baseline to 2015 and who had provided a blood sample; controls (N=378) were sampled at a ratio of 2:1 with frequency-matching by age, sex, and timing of blood sampling. Sequenom EpiTYPER® was used to quantify methylation levels in seven and 33 CpG sites of F2RL3 and AHRR, respectively. DNA methylation ratios across all individual CpG sites and as an average measure were parametrized both as continuous and categorical variables. Unconditional multivariable logistic regression was used to estimate odds ratios (ORs) and 95% confidence intervals (CI) for lung cancer associated with F2RL3 and AHRR methylation while controlling for confounders identified using directed acyclic graphs. Results: A strong inverse relationship between average DNA methylation levels and lung cancer was observed for both F2RL3 (OR per standard deviation (s.d.) in methylation change = 0.65, 95% CI: 0.53-0.80) and AHRR (OR per s.d. in methylation change = 0.66, 95% CI: 0.53-0.80). Similarly, ORs for individual CpG sites (per s.d. in methylation change) ranged from 0.61-0.70 for six out of the seven CpG sites of F2RL3 and from 0.57-0.79 for 17 out of 33 CpG sites of AHRR. The methylation levels of the remaining CpG sites within F2RL3 and AHRR were not associated with lung cancer risk, except for one CpG site within AHRR (chr5:369774) which had an OR of 1.25 (95% CI: 1.02-1.54). Conclusion: These findings support the role of epigenetic mechanisms in lung cancer etiology.

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L’épigénétique se rapporte à un ensemble de mécanismes qui modifient l'expression des gènes sans modifier la séquence nucléotidique sous-jacente, produisant une large gamme de variations phénotypiques et répondant aux fluctuations de l'environnement externe ou interne. La méthylation de l'ADN est le processus épigénétique le plus étudié dans les génomes nucléaires des mammifères. Il existe toutefois des lacunes significatives dans la littérature concernant la méthylation de l'ADN mitochondrial (ADNmt), surtout chez les invertébrés. Les bivalves constituent un modèle particulièrement intéressant pour étudier l’épigénétique mitochondriale ou « mitoépigénétique » puisqu’ils possèdent un système de transmission uniparentale double (DUI) de leur mitochondrie, par lequel les mâles héritent des ADNmt paternel (ou mâle ; M) et maternel (ou femelle ; F). La présente étude avait pour objectif de confirmer l’existence de méthylation dans l’ADNmt de la moule bleue (Mytilus edulis), une espèce à DUI. Notre étude a permis de localiser, par immunofluorescence, des cytosines (5mC) et des adénines (6mA) méthylées, ainsi que des méthyltransférases spécifiques aux adénines et aux cytosines, au sein des mitochondries de cette espèce. Ces résultats sont appuyés par une détection de 5mC et de 6mA dans l’ADNmt par digestions enzymatiques, et confirment la présence de méthylation de l'ADNmt chez M. edulis. Nos résultats en immunofluorescence ont également dévoilé un lien entre la présence de 5mC et le stade de développement des gamètes mâles, c’est-à-dire que les gamètes immatures (spermatides) étaient tous méthylés (au niveau mitochondrial) alors qu’une faible proportion de gamètes matures (spermatozoïdes) présentait ce statut de méthylation. Ceci vient corroborer nos résultats enzymatiques, lesquels ont démontré une plus grande variabilité de méthylation entre les mâles qu’entre les femelles. Enfin, nous avons détecté, par séquençage du méthylome de l’ADNmt, un pic de 5mC en contexte non-CpG conservé entre les ADNmt M et F chez les mâles au sein de la région de contrôle de la réplication, soutenant les résultats d’études antérieures chez les vertébrés. Notre étude est la première à démontrer la présence de méthylation dans l’ADNmt d’une espèce DUI, et met en lumière le rôle potentiel de la méthylation de l'ADN dans leur système de transmission mitochondriale. / Epigenetics refers to a set of mechanisms that modify gene expression without altering the underlying nucleotide sequence, producing a wide range of phenotypic variations, and responding to the external or internal environmental fluctuations. DNA methylation is the most extensively studied epigenetic process in mammalian nuclear genomes. However, there are significant gaps in the literature concerning mitochondrial DNA (mtDNA) methylation, especially in invertebrates. Bivalves are a particularly interesting model for studying mitochondrial epigenetics or “mitoepigenetics”, as they possess a doubly uniparental inheritance (DUI) system of their mitochondria, whereby males inherit both paternal and maternal mtDNAs. The aim of this study was to confirm the existence of methylation in the mtDNA of the blue mussel (Mytilus edulis), a DUI species. Using immunofluorescence, we localized methylated cytosines (5mC) and adenines (6mA), as well as adenine- and cytosine-specific methyltransferases, in mitochondria of this species. These results are supported by the detection of 5mC and 6mA in mtDNA by enzymatic digestions, and confirm the presence of mtDNA methylation in M. edulis. Our immunofluorescence results also revealed a link between the presence of 5mC and the developmental stage of male gametes, i.e. immature gametes (spermatids) were all methylated in their mitochondria while only a small proportion of mature gametes (spermatozoa) showed this methylation status. This corroborates our enzymatic results, which demonstrated greater variability in cytosine methylation status among males than among females. Finally, we detected, by mtDNA methylome sequencing, a 5mC peak in non-CpG context conserved between the paternal and maternal mtDNA in males in the region responsible for control of replication (control region), supporting the results obtained in previous studies on vertebrate. Our study is the first to demonstrate the presence of mtDNA methylation in a DUI species, and highlights the potential role of DNA methylation in their mitochondrial transmission system.

No / BACKGROUND: The tumor suppressors p14(ARF) (ARF) and p16(INK4A) (p16) are encoded by overlapping reading frames at the CDKN2A/INK4A locus on chromosome 9p21. In human melanoma, the accumulated evidence has suggested that the predominant tumor suppressor at 9p21 is p16, not ARF. However, recent observations from melanoma-prone families and murine melanoma models suggest a p16-independent tumor suppressor role for ARF. We analyzed a group of melanoma metastases and cell lines to investigate directly whether somatic alterations to the ARF gene support its role as a p16-independent tumor suppressor in human melanoma, assuming that two alterations (genetic and/or epigenetic) would be required to inactivate a gene. METHODS: We examined the p16/ARF locus in 60 melanoma metastases from 58 patients and in 9 human melanoma cell lines using multiplex ligation-dependent probe amplification and multiplex polymerase chain reaction (PCR) to detect deletions, methylation-specific PCR to detect promoter methylation, direct sequencing to detect mutations affecting ARF and p16, and, in a subset of 20 tumors, immunohistochemistry to determine the effect of these alterations on p16 protein expression. All statistical tests were two-sided. RESULTS: We observed two or more alterations to the ARF gene in 26/60 (43%) metastases. The p16 gene sustained two or more alterations in 13/60 (22%) metastases (P = .03). Inactivation of ARF in the presence of wild-type p16 was seen in 18/60 (30%) metastases. CONCLUSION: Genetic and epigenetic analyses of the human 9p21 locus indicate that modifications of ARF occur independently of p16 inactivation in human melanoma and suggest that ARF is more frequently inactivated than p16.

Nel presente lavoro di tesi sono riportati i risultati di un innovativo progetto di ricerca longitudinale nell'ambito della psicobiologia. I recenti progressi nel campo dell'epigenetica sono stati applicati allo studio delle conseguenze di esperienze avverse precoci sullo sviluppo socio-emozionale in bambini nati fortemente pretermine. La nascita pretermine costituisce un fattore di rischio per lo sviluppo socio-emozionale, in parte per l'esposizione ad eventi stressanti (es.: dolore neonatale) durante l'ospedalizzazione in terapia intensiva neonatale (TIN). L'epigenetica si riferisce a processi biochimici altamente sensibili alle esperienze ambientali e che alterano la funzione di trascrizione di specifici geni, senza modificare la struttura della sequenza di DNA. Il candidato ha sviluppato un razionale clinicamente rilevante per la ricerca epigenetica comportamentale della prematurità. Inoltre il progetto di ricerca ha dimostrato che il livello di esposizione a procedure dolorose si associa a esiti avversi sul piano temperamentale e della risposta allo stress a tre mesi e che tale associazione è mediata da alterazioni epigenetiche a livello del gene che codifica per il trasportatore della serotonina. Le implicazioni teoriche, cliniche ed etiche di questi risultati sono trattate nella sezione conclusiva. Il progetto di epigenetica comportamentale della prematurità fornisce una nuova prospettiva teorica ed empirica sul tema dell’interazione tra genetica ed ambiente. / In the present work, the candidate reports the results of an innovative longitudinal research project in the field of psychobiology. The recent epigenetic progresses have been applied to the study of the consequences of early adverse event exposures on the socio-emotional development of very preterm infants. Preterm birth is a major concern for socio-emotional development, partly due to the exposure to adverse stressful stimulations (i.e., skin-breaking procedures) during the Neonatal Intensive Care Unit (NICU) stay. Epigenetics refers to biochemical processes which are sensitive to environmental cues and which alter the transcriptional activity of specific genes without changing the DNA structure. The candidate has developed a clinically relevant rationale for preterm behavioral epigenetics (PBE). The research project has demonstrated that the early exposure to high levels of skin-breaking procedures during NICU stay associate with non-optimal temperamental profile and stress regulation at 3 months of age. This association was mediated by epigenetic modifications (DNA methylation) of the stress-related gene encoding for serotonin transporter. The theoretical, clinical and ethical implications of these findings are discussed further in the final section of the thesis. The PBE project provides a new framework for the issue of the interconnections between nature and nurture.

DNA methylation is an epigenetic modification that plays an important role in development and differentiation. The patterns of DNA methylation are largely established in early embryogenesis and maintained during development. Abnormal DNA methylation patterns have been associated with many human diseases, including cancer. Despite its importance, little is currently known about the mechanisms that determine DNA methylation patterns throughout the genome. To shed light on the molecular mechanisms that regulate DNA methylation, this study investigates whether DNA methylation patterns are established and maintained normally when human DNA is placed into a heterologous murine environment as opposed to its natural, endogenous chromosomal environment. Here, a previously generated transgenic mouse model, containing 117 kb of human DNA bearing the human α-globin cluster and all of its known regulatory elements, was analysed. The pattern of DNA methylation of the endogenous human α-globin cluster was compared with that of the transgenic cluster in the background of mouse embryonic stem cells (ESCs) and tissues. It was found that, although the normal human DNA methylation pattern was largely established and maintained in a mouse background, the region immediately around the human α-globin genes themselves is generally less methylated in mouse compared to human ESCs. It was found that regions adjacent and up to 2kb from the CpG islands (CGIs), so-called CGI shores, were unusually hypomethylated: this seems to be the result of an extension of CGIs in humanised mouse (hm) ESCs compared to human (h) ESCs. Furthermore, this hypomethylation appeared to increase during development in both erythroid and non-erythoid cells. To identify any cis-regulatory sequences responsible for the hypomethylated state of human CGI shores in the mouse, 2-4 kb human test sequences containing the CGI associated with the human α-globin 2 (α2) gene and its adjacent hypomethylated shore were re-integrated into the mouse α-globin locus via recombination-mediated cassette exchange (RMCE). Human CGI shores became hypomethylated in the context of the re-integrated test sequences, indicating that the appearance of hypomethylation is determined by the underlying human DNA sequence in the test fragments. In summary, the data presented here reveal that human CGIs become extended when placed in a mouse background leading to hypomethylation of human CGI shores in the mouse compared to the pattern of methylation at the normal endogenous human locus. These findings suggest that species-specific factors determine DNA methylation near CGIs. The transgenic mouse model provides an excellent system to dissect out species-specific regulation of CGI shore methylation. Furthermore, this study lays the foundation for future experiments addressing the role of DNA methylation in regulating human gene expression in the murine context, and examining the validity of transgenic mouse models for the study of human gene regulation.