Les sites de fixation des facteurs de transcription ou éléments régulateurs sont impliqués dans la régulation de l'expression des gènes. Une meilleure connaissance de l'architecture des promoteurs est aujourd'hui accessible via l’annotation des génomes et les données transcriptomiques. Certains éléments régulateurs sont conservés à une position préférentielle dans les promoteurs. Chez A. thaliana, nous avons mis au point une approche pour caractériser de tels motifs. Ce travail a permis de proposer une cartographie des promoteurs en identifiant 5105 motifs caractérisés par une sur-représentation locale dans les promoteurs proximaux. L’étude du promoteur central où est observée la boîte TATA, élément régulateur conservé entre eucaryotes, a été approfondie. Une liste de 15 variants fonctionnels de la boîte TATA a été identifiée, ainsi qu’une nouvelle classe d’éléments régulateurs qui sont caractérisés par des mêmes contraintes topologiques que la boîte TATA : les motifs-TC. Ils sont conservés chez A. thaliana et O. sativa, mais absents chez les mammifères. Les 18% de gènes d’A. thaliana contenant un motif-TC ont tendance à être exprimés dans des conditions expérimentales spécifiques. Ces éléments pourraient participer à la régulation de l’expression des gènes. L’étude de l’élément initiateur YR chez A. thaliana a mis en évidence une extension de ces 4 dinucléotides dans l’UTR 5’. Des associations entre ces éléments régulateurs peuvent montrer une collaboration fonctionnelle. La recherche de caractéristiques fonctionnelles communes aux gènes possédant une même organisation d'éléments régulateurs pourra permettre de contribuer à l’annotation fonctionnelle de ces éléments. / Transcription factor binding sites are regulatory elements involved in gene expression regulation. The knowledge of promoter architecture is now possible due to genome annotation and transcriptomic data. Some regulatory elements are conserved at a precise location in promoters. We developed an approach to characterize such motifs in A. thaliana. This work led to the promoter cartography by the identification of 5105 over-represented motifs in proximal promoters. The TATA-box is a regulatory element conserved within eukaryotes. The core-promoter where this element is expected has been thoroughly analysed. We identified a list of 15 functional variants of the TATA-box and a new class of regulatory elements that shares the TATA-box topological constraints: the TC-motifs. They are conserved in both A. thaliana and O. sativa and have not been observed in mammalian genomes. The A. thaliana genes containing a TC-motif are 18%. They are mainly expressed in specific experimental conditions. The TC-motifs might be involved in gene expression regulation. We observed that the 4 dinucleotides of the initiator element YR in A. thaliana are extended in 5’ UTR. Associations between these regulatory elements may highlight a functional collaboration. The study of the functional characteristics of genes with a same regulatory elements organization might help in these elements functional annotation.

Les sites de fixation des facteurs de transcription ou éléments régulateurs sont impliqués dans la régulation de l'expression des gènes. Une meilleure connaissance de l'architecture des promoteurs est aujourd'hui accessible via l'annotation des génomes et les données transcriptomiques. Certains éléments régulateurs sont conservés à une position préférentielle dans les promoteurs. Chez A. thaliana, nous avons mis au point une approche pour caractériser de tels motifs. Ce travail a permis de proposer une cartographie des promoteurs en identifiant 5105 motifs caractérisés par une sur-représentation locale dans les promoteurs proximaux. L'étude du promoteur central où est observée la boîte TATA, élément régulateur conservé entre eucaryotes, a été approfondie. Une liste de 15 variants fonctionnels de la boîte TATA a été identifiée, ainsi qu'une nouvelle classe d'éléments régulateurs qui sont caractérisés par des mêmes contraintes topologiques que la boîte TATA : les motifs-TC. Ils sont conservés chez A. thaliana et le riz, Oryza sativa, mais absents chez les mammifères. Les 18% de gènes d'A. thaliana contenant un motif-TC ont tendance à être exprimés dans des conditions expérimentales spécifiques. Ces éléments pourraient participer à la régulation de l'expression des gènes. L'étude de l'élément initiateur YR chez A. thaliana a mis en évidence une extension de ces 4 dinucléotides dans l'UTR 5'. Des associations entre ces éléments régulateurs peuvent montrer une collaboration fonctionnelle. La recherche de caractéristiques fonctionnelles communes aux gènes possédant une même organisation d'éléments régulateurs pourra permettre de contribuer à l'annotation fonctionnelle de ces éléments.

La segmentation du rhombencéphale désigne le processus de subdivision rostro-caudale du cerveau postérieur embryonnaire en 7 compartiments cellulaires, appelés rhombomères (r), qui constituent des unités de développement et d'expression génique. Le facteur de transcription à doigts à zinc Krox20 joue un rôle central dans ce processus en couplant la formation et la spécification des rhombomères 3 et 5. Trois éléments régulateurs contrôlant l'expression de Krox20 ont été caractérisés. Les éléments B et C, actifs respectivement dans r5 et r3-r5, sont impliqués dans le démarrage de l'expression de Krox20 dont l'amplification et le maintien sont ensuite assurés par l'élément autorégulateur A. L'élément C constitue donc une clé d'investigation pour élucider les mécanismes responsables de l'expression régionalisée de Krox20 dans r3. Afin de poursuivre la caractérisation du contrôle transcriptionnel de Krox20 dans r3, j'ai entrepris une analyse fonctionnelle des séquences de l'élément C par mutagénèse et mis en évidence plusieurs blocs nécessaires à son activité. J'ai également établi le répertoire transcriptomique exhaustif, quantitatif et différentiel du rhombencéphale murin en début de segmentation par RNA-Seq et j'ai pu ainsi identifier plusieurs régulateurs de l'activité de l'élément C. Enfin, j'ai réalisé l'analyse du mutant murin d'excision de l'élément C et révélé de nouvelles propriétés du contrôle transcriptionnel de Krox20, dont la coopération en cis entre les éléments A et C. Ces travaux illustrent comment la combinaison de différentes approches permet d'élucider un mécanisme de régulation transcriptionnel complexe jouant un rôle essentiel dans la spécification cellulaire

Une part prépondérante de la régulation au niveau transcriptionnel passe par la modulation du taux d’initiation de la transcription. Chez les bactéries,l’initiation de la transcription implique la reconnaissance par le facteur sigma de l’ANR polymérase d’un motif de séquence particulier localisé approximativement10 bp en amont du site d’initiation de la transcription(TSS). Elle est modulée par la fixation de facteurs de transcription qui reconnaissent d’autres motifs à proximité. La technologie RNA-Seq donne accès au répertoire des TSS et des unités de transcriptions et offre donc des perspectives renouvelées pour s’attaquer au problème de l’identification des motifs de fixation des facteurs de transcription. Ce travail de thèse a visé à évaluer les outils existants et à développer de nouvelles méthodes pour la prédiction des sites de fixation des facteurs de transcription en combinant l’information des profils d’expression et des positions des TSS. Plusieurs approches fondées sur les modèles de matrices poids-position (PWM) vont être explorées pour étendre le modèle de mélange classiquement utilisé en relâchant l’hypothèse selon laquelle les motifs correspondants aux différents sites de fixations apparaissent indépendamment dans les différentes régions promotrices. Dans les nouveaux modèles, nous prendrons explicitement en compte une probabilité supérieure d’apparition d’un même motif dans des promoteurs dont les profils d’activité sont similaires. Une attention particulière sera aussi portée à la position du motif par rapport au TSS et au site de fixation du facteur sigma. En parallèle des développements méthodologiques nous travaillerons aussi sur l’utilisation de ces approches pour reconstruire le réseau des régulations transcriptionnelles chez L. monocytogenes en s’appuyant sur les données de la littérature et du projet List MAPS. Enfin,nous envisageons d’utiliser l’information sur le réseau de régulation pour étudier un point particulier qui serait pertinent. / This PhD project takes place in List MAPS, a Horizon 2020-funded Marie Curie Actions InnovativeTraining Network (ITN) with the goal of understandingof the ecology of Listeria monocytogenesthrough the combination of high throughput Epigenetics, Deep sequencing of transcripts, Proteomics, Bioinformatics, Mathematics and Microbiology. Acentralobjective of the ITN is to decipher the mechanismsunderlying adaptation and virulence of L. monocytogenes“from farm to fork”.This PhD project (subproject9) aims to tackle the task of transcription regulatorynetwork construction. A significant part of regulationat the transcriptional level is achieved by modulationof transcription initiation rate. In bacteria, transcriptioninitiation relies on recognition of particular sequencemotif by a Sigma-factor approximately 10 bpupstream of the transcription start site (TSS) and ismodulated by the binding of transcription factors recognizingother sequence motifs located nearby. RNASeqtranscriptomics provides direct information on therepertoire of TSSs and transcription units and therebyoffers renewed perspectives to address the problemof transcription factor binding sites identification. Thegoal of this PhD project is to assess existing toolsand to develop new methods for prediction of TF bindingsites by combining expression profiles and preciseinformation on the location of the TSSs. Severalapproaches based on position weight matrix (PWM)models will be investigated to extend the classicalmixture model by relaxing the hypothesis that motifscorresponding to different TF binding sites occur independentlybetween TSS regions.In the new model,we will explicitly account for the increased probabilityof occurrence of a same motif in two promoters whentheir profiles of activity across conditions are similar. A particular attention will also be paid to the positionof the motif with respect to the TSS and the sigmafactor binding site. In parallel to the methodologicaldevelopments we will also work on the use of theseapproaches to build the transcription regulatory networkof L. monocytogenes based on data form theliterature and from the List MAPS project. Finally, wewish to use the information on the regulatory networkto tackle a particular point relevant for the List MAPSproject using a dedicated model.