Epigenetics (FUN)

The life of a multicellular organism, including us, starts as a single cell with a unique genome. However, during development all the cells of our body inherit the same genome despite being so different among each other. This implies that additional information must be inherited in each different cell type to instruct their fate. Moreover, because during our existence the genome does not change, our life experience cannot be transmitted to the next generation by the genome. Based on several observations in different model organisms in recent years, many biologists have been questioning the dogmatic view of the genome as being the only source of information transmitted through cell divisions and across generations. The discovery and the characterization of new types of information transmitted along with the genome is what we usually call epigenetics.

The capability of transmitting information across individuals beyond their genes is quite revolutionary in biology and this is the reason why the field of epigenetics is still very controversial and deeply investigated by many scientists around the world. Nonetheless, extensive research in the past years helped to reveal how our genome is organized in the nucleus and to characterize the different types of transient chemical modifications that regulate the activity of the genome in our cells. These chemical modifications that surround the genome, called epigenetic modifications, constitute one of the fundamental bases of the epigenetic process. In addition, other types of molecules, such as RNA, serve to transmit heritable information across cell divisions.
Drawing on this knowledge, we are starting to appreciate how epigenetic information can have an influence on the development of multicellular organisms and how it can impact human health. Thus, the full understanding of the mechanisms regulating epigenetic processes will contribute to expand our notion of genetics, heritability, and diseases.

La vie d’un organisme multicellulaire, y compris celle des humains, démarre par une seule cellule avec un génome unique. Durant leur développement, les cellules corporelles se différencient sous des formes très différentes bien qu’elles aient hérité du même génome. Cela suggère qu’un certain nombre d’informations additionnelles sont héritées par ces différentes cellules pour les guider vers leur destinée. En outre, puisque durant notre vie, notre génome ne change pas, l’expérience acquise ne peut pas être transmise aux générations futures par le génome. De multiples observations dans différents types d’organismes ces dernières années ont remis en question le dogme que le génome est la seule source d’information transmise aux générations futures au cours de la division cellulaire. La découverte et la caractérisation de nouveaux types d’informations transmises en même temps que le génome est ce qui est habituellement appelé l’épigénétique.
La capacité de transmettre des informations à côté des gènes est complètement révolutionnaire en biologie. C’est la raison pour laquelle le domaine de l’épigénétique est encore controversé et fait l’objet d’investigations par de nombreux scientifiques à travers le monde. Ces recherches ont contribué à révéler comment le génome est organisé dans le noyau et à caractériser les différents types de modifications chimiques qui régulent l’activité du génome dans nos cellules. Ces modifications chimiques qui se déroulent autour du génome, appelées modifications épigénétiques, représentent une des bases essentielles des processus épigénétiques. En outre, d’autres types de molécules, comme l’ARN servent également à transmettre des informations héréditaires à travers la division cellulaire.
A partir de ces connaissances, on commence à comprendre comment l’information épigénétique peut avoir une influence sur le développement d’organismes multicellulaires et peut avoir un impact sur la santé humaine. Une meilleure compréhension des mécanismes régulant les processus épigénétiques va contribuer à améliorer les notions de génétique, héritabilité et maladies.
Ce cours vise à fournir les connaissances de base de ce qui est actuellement considéré comme l’épigénétique. Il donne des exemples concrets des phénomènes épigénétiques dans différents modèles d’organisme. En outre nous expliquerons en détail les molécules qui participent dans l’hérédité épigénétique et leur mécanisme d’action. Nous aborderons les implications de l’épigénétique dans le développement animal, et comment les modifications environnementales peuvent changer notre vie et celle de notre descendance. Finalement, ce cours donne aussi des exemples de maladies qui sont influencées par les mécanismes épigénétiques.

Format
This MOOC is organized in 7 chapters :

1. Fundamental principles about epigenetics.
2. The mechanisms and molecules that regulate epigenetic processes.
3. Epigenetic phenomena in different model organisms, what can we learn from them?
4. How can epigenetics influence the life of an organism?
5. Environmental epigenetics, how environmental changes influenceheritability?
6. Epigenetic mechanisms in diseases.
7. Future perspective.

Each module is composed of 2 to 5 sessions. In each session you will find an 8-10 minutes video and a multiple choice test to help you to check your understanding. The videos are in English subtitled in French and English. .

This MOOC is organized in 7 chapters.:

1. Principes fondamentaux de l’épigénétique.
2. Les mécanismes et les molecules qui régulent les processus épigénétiques.
3. L’épigénétique dans différents organismes. Que pouvons nous en apprendre?
4. Comment l’épigénétique peut influencer la vie d’un organisme?
5. Epigénétique environnementale. Comment les modifications de l’environnement influence l’héritabilité?
6. Mécanismes épigénétiques des maladies.
7. Perspectives..

Chaque chapitre est composé de 2 à 5 sessions. Chaque session comporte une video d’en moyenne 8 à 10 minutes et de 2 questions à choix multiple pour tester votre compréhension de la session. Les videos sont en anglais, sous-titrées en anglais et en français.

Course syllabus /plan du cours

Chapter 1: Fundamental principles about epigenetics/ Chapitre 1 : Principes fondamentaux de l’épigénétique.
Why is epigenetics a new frontier in biology?/ Pourquoi l’épigénétique est une nouvelle frontière en biologie?
From genetics to epigenetics: why do we need epigenetics to fully explain heritability?/ De la génétique à l’épigénétique: pourquoi avons-nous besoin de l’épigénétique pour expliquer complètement l’hérédité?
What should we consider to be epigenetics?/ Que doit on considerer comme de l’épigénétique?.

Chapter 2: The mechanisms and molecules that regulate epigenetic processes./ Chapitre 2: Les mécanismes et les molecules qui régulent les processus épigénétiques..
Epigenetic chromatin modifications: how multiple varieties of chemical modifications decorate the epigenome and its activity?/ Modifications épigénétiques de la chromatine: comment une grande variété de modifications chimiques dessinent l’épigénome et son activité?
DNA methylation and its fundamental role in epigenetic gene silencing. / La déméthylation de l’ADN et son rôle fondamental dans le silençage génique.
Regulation of epigenetic processes by non-coding RNAs./ Régulation des processus épigénétiques par des ARN non codants.
Dynamic organization of the genome and its impact on gene regulation and epigenetic processes./ Organisation dynamique du génome et son impact sur la régulation des gènes et les processus épigénétiques..

Chapter 3: Epigenetic phenomena in different model organisms, what can we learn from them?/ Chapitre 3: L’épigénétique dans différents organismes. Que pouvons nous en apprendre?
X chromosome inactivation in Mammals./ L’inactivation du chromosome X chez les mamifères.

• Transgenerational epigenetic inheritance in animals./ L’héritage épigénétique transgénérationnel chez l’animal.

Epigenetic inheritance in plants./ Héritage épigénétique chez les plantes.
Epigenetic processes in fungi./ Héritage épigénétique chez les champignons.

Chapter 4: How can epigenetics influence the life of an organism?/ Chapitre 4: Comment l’épigénétique peut influencer la vie d’un organisme?
Inheritance of chromatin modifications at the beginning of life./ Héritage des modifications de chromatine au début de la vie.
Epigenetic reprogramming and genomic imprinting. / Reprogrammation épigénétique et empreinte génomique.
Role of epigenetic mechanisms during cell differentiation. / Rôle des mécanismes épigénétiques lors de la différenciation cellulaire.
Epigenetic variations in human populations./ Variations épigénétiques dans les populations humaines.-

Chapter 5: Environmental epigenetics, how environmental changes influenceheritability?/ Chapitre 5: Epigénétique environnementale. Comment les modifications de l’environnement influence l’héritabilité?
How nutrition drives heritable epigenetic changes? / Comment la nutrition conduit à des modifications épigénétiques héréditaires?
Epigenetic inheritance of environmental stresses./ Hérédité épigénétique du stress environnemental.
Epigenetic control of selfish elements during environmental changes. / Contrôle épigénétique des éléments génétiques égoïstes durant les modifications de l’environnement.

Chapter 6: Epigenetic mechanisms in diseases./ Chapitre 6: Mécanismes épigénétiques des maladies.
Epigenetic memory of bacterial infection./ Mémoire épigénétique des infections bactériennes.
Epigenetics and aging./ Epigénétique et vieillissement.
Epigenetic mechanisms in metabolic diseases./ Mécanismes épigénétiques dans les maladies métaboliques.
Role of DNA methylation and epigenetic histone modifications in cancer./ Rôle de la méthylation de l’AND et des modifications épigénétiques de l’histone dans le cancer.
Therapeutic epigenetic approaches to cancer./ Approche épigénétique du traitement du cancer.

Chapter 7: Future perspective./ Chapitre 7: Perspectives.
What will be the new frontiers of epigenetic research? / Quelles seront les nouvelles frontières de l’épigénétique?
Conceptual challenges from a philosophical perspective/ Défis conceptuels selon une perspective philosophique.