The human genome is incredibly big - over two meters long. It must fold up to fit inside the nucleus that is a few microns in size. What do we know about this folding is that at the smallest scale 200 bp of DNA wraps around the histone octamer and forms 10 nm fiber. The nucleosome particle is known to be a structural and functional chromatin unit. The further folding processes are more mysterious and there is no common view on the further chromatin configuration. One common hypothesis suggests that 10-nm fiber folds into more compact 30-nm fiber that forms solenoidal or zigzag like structures. Another notion relying on the chromatin sédimentation, the fluorescence microscopy and the more recent studies such as the chromosome conformation capture postulâtes that the genome is organized into domains.
Apart from the structural organization and folding, the genome has to be functional and topology emerged to be a key player in the genome functions. Recent studies have shown the importance of the long-range interactions and the genome-wide studies have revealed the universal nature of such regulatory genome topology interactions in the gene régulation. Looping interactions between sequences separated greatly in the linear genome have emerged to be the key mechanism of the gene régulation.
Aiming to make one step closer to understanding the tight relationship between the chromatin structure and its function; discern the effect of genetic variability on function and structure of the human genome and follow the heritability of the genome spatial organization I was involved in two orthogonal projects. The first one is mainly focused on the genome 3D organization in Yoruban family of father, mother and daughter and the second, where we unravel how genetic variations perturb regulatory interactions within a dataset that combines the activity of regulatory elements, gene expression and genetic variations across 317 individuals.
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Le génome humain est immense et mesure plus de deux mètres de long. Il doit se replier afin de s'insérer à l'intérieur du noyau, qui lui ne mesure que quelques microns. Concernant le repliement, nous savons qu'à l'échellé la plus petite, environ 200 paires de base d'ADN entourent l'octamère d'histone et forme un filament de 10 nm. Le nucléosome forme l'unité de base structurelle et fonctionnelle de la chromatine. Cependant, les niveaux d'organisation supérieurs demeurent plus mystérieux et il n'y a pas de théorie universelle sur la configuration de la chromatine. Une hypothèse commune suggère que le filament de 10 nm se compacte en fibre de 30 nm qui forme des structures de type solénoïde ou de type zig zag. Un autre modèle basé sur la sédimentation de la chromatine et la microscopie à fluorescence postule que le génome est organisé en domaines.
Outre l'organisation structurelle et le repliement, le génome doit être fonctionnel et la topologie est apparue comme un acteur majeur des fonctions génomiques. Des études récentes ont montré l'importance des interactions à longue distance et des études pangénomiques ont révélé la nature universelle de telles interactions topologiques dans la régulation des gènes. Les structures en boucle permettent l'interaction entre des séquences très éloignées dans un génome linéaire et sont maintenant reconnues comme étant un mécanisme clé de la régulation génique.
Afin d'améliorer la compréhension de la relation étroite entre la structure de la chromatine et sa fonction, de déterminer l'effet de la variabilité génétique sur la fonction et la structure du génome humain ainsi que d'étudier l'héritabilité de l'organisation spatiale du génome, nous avons débuté deux projets en parallèle. Le premier est centré sur l'organisation génomique 3D au sein d'une famille Yoruba composée du père, de la mère et de la fille. Dans le second, nous tentons de découvrir comment les variations génétiques perturbent les interactions régulatrices à l'aide d'un ensemble de données combinant l'activité des éléments régulateurs, l'expression génique et les variations génétiques de 317 individus.