De l’épigénétique à la morphologie : Ce que les diatomées nous apprennent sur la différenciation cellulaire

Chez les organismes multicellulaires, le Complexe Répressif Polycomb 2 (PRC2) est connu pour déposer la tri-méthylation de la lysine 27 de l'histone H3 (H3K27me3), une marque épigénétique impliquée dans la répression génique, essentielle pour la régulation de la différentiation cellulaire et du développement. Le complexe PRC2 est absent chez les deux levures modèles largement étudiées, ce qui a initialement suggéré que le PRC2 est apparu avec l’émergence de la multicellularité. Cependant, sa découverte chez plusieurs espèces unicellulaires, y compris les micro-algues, pose des questions sur son rôle chez les eucaryotes unicellulaires.

Dans notre étude, nous avons utilisé la diatomée modèle Phaeodactylum tricornutum, une micro-algue unicellulaire présentant des morphologies diverses : fusiforme, ovale, triradiée et cruciforme (Figure 1, https://doi.org/10.1111/nph.17129). Cette particularité offre une opportunité unique pour étudier le rôle du complexe PRC2 et de sa marque associée H3K27me3 dans la morphogénèse. Pour ce faire, nous avons utilisé les ciseaux moléculaires CRISPR-Cas9 afin de générer des mutants perte de fonction de l’un des gènes du complexe PRC2. Les mutants PRC2 ont montré une déplétion de la marque H3K27me3, ce qui abolit la morphologie cellulaire chez P. tricornutum, démontrant ainsi le rôle du complexe PRC2 et de la marque H3K27me3 dans la différenciation cellulaire. Le profilage à l'échelle du génome de la marque H3K27me3 dans les cellules fusiformes et triradiées a révélé des gènes pouvant spécifier l'identité cellulaire.

Notre étude met en lumière la fonction émergente du complexe PRC2 et de sa marque associée H3K27me3 comme déterminant de l'établissement et du maintien de la morphologie cellulaire chez P. tricornutum, qui montre des signes de différenciation en diverses morphologies. Cette même fonction s'est probablement diversifiée avec l'émergence de la multicellularité, le PRC2 étant connu pour orchestrer le développement chez les plantes et les animaux. Il s'agit de la première preuve de l'implication de H3K27me3 dans la différenciation cellulaire chez un eucaryote unicellulaire éloigné des animaux et des plantes. Malgré cette relation évolutive lointaine, notre étude a découvert que H3K27me3, une marque épigénétique précédemment connue pour être importante pour le développement chez les organismes multicellulaires tels que les animaux et les plantes, joue également un rôle crucial dans la différenciation cellulaire chez des espèces unicellulaires. Cela suggère que la fonction de H3K27me3 dans la différenciation cellulaire est une caractéristique ancienne et conservée qui précède la divergence de ces grands groupes d'eucaryotes.