La formation de l'ADN-Z conduit à une organisation de la chromatine dépendante de Zscan4 associée à la totipotence

Le développement d'un organisme complexe repose sur une séquence de décisions cellulaires conduisant à l'émergence de centaines de types cellulaires différents avec des fonctions spécifiques. Cette progression est marquée par une perte graduelle de la potence cellulaire, des changements significatifs du transcriptome et un remodelage étendu de la chromatine. Les embryons totipotents à 2 cellules (2C) se caractérisent par une signature transcriptionnelle unique et une organisation de la chromatine relâchée (hypométhylation globale, faible compaction de la chromatine, accessibilité accrue de la chromatine). Cependant, comment les embryons 2C préservent leur identité cellulaire stricte dans une conformation de chromatine permissive reste mal compris.La conversion spontanée des cellules souches embryonnaires de souris (mESCs) à un état semblable à celui des embryons 2C, appelé cellules 2C-like (2CLCs), fournit un modèle in vitro idéal pour étudier les caractéristiques de la totipotence, dont elles partagent plusieurs traits avec les embryons 2C. Pour étudier les interactions de la chromatine à l'échelle du génome, des expériences de capture de conformation des chromosomes (Hi-C) ont été menées dans les mESCs et les 2CLCs. Bien que l'architecture globale des chromosomes soit restée globalement stable entre les deux populations cellulaires, nous avons identifié de nouvelles larges régions d'interaction spécifiques aux 2CLCs, principalement situées vers une extrémité de nombreux chromosomes. Des expériences de ADN-FISH ont montré que ces interactions se localisent à la périphérie nucléaire des 2CLCs, associées à un changement de marque d'histone, passant d'actif dans les ESCs à répressif dans les 2CLCs, empêchant l'activation transcriptionnelle dans ces régions. La formation de ces interactions de la chromatine dépend des protéines de la famille Zscan4, un facteur de la chromatine exprimé spécifiquement au stade 2C. De manière intrigante, il a été démontré que Zscan4 se lie à des motifs prédisposés à adopter une conformation en Z-ADN, caractérisée par une double hélice gauche. Nous avons détecté la présence de Z-ADN dans les 2CLCs, et leur induction a significativement augmenté la proportion de 2CLCs affichant des conformations de chromatine similaires à celles des 2CLCs spontanés.En résumé, nous proposons un mécanisme en deux étapes dans lequel la formation de Z-ADN induit l'émergence de 2CLCs, suivie de leurs relocalisations à l'enveloppe nucléaire formant de grands domaines d'interactions dépendants de Zscan4, qui pourraient être cruciaux pour préserver la totipotence dans un environnement de chromatine globalement permissif.