La nature stochastique de l'expression génique est maintenant clairement établie expérimentalement et apparaît comme une composante à part entière de la dynamique cellulaire. Une source importante de cette variabilité est liée au caractère dynamique des diverses structures multiprotéiques impliquées dans le processus d'expression génique. Nous étudions ici, par la modélisation, comment les interactions entre des molécules au comportement individuel probabiliste sont susceptibles de faire naître des dynamiques globales pouvant influencer l'expression génique. Nous nous concentrons plus particulièrement sur deux aspects du processus d'expression : d'une part, son caractère spatialisé au sein d'un noyau cellulaire structuré et dynamique et, d'autre part, la combinatoire des événements moléculaires stochastiques au niveau du promoteur d'un gène. Pour l'étude des phénomènes d'organisation mésoscopique au sein du noyau cellulaire, nous proposons un modèle de simulation "4D" (intégrant l'espace et le temps). Il emprunte différentes techniques aux formalismes des échelles inférieures (moléculaires) et supérieures (cellulaires), en gardant les aspects essentiels à notre étude (individualité de certaines molécules, exclusion stérique, interactions électromagnétiques, réactions chimiques . . .). Afin d'étudier spécifiquement la dynamique stochastique de la régulation transcriptionnelle, nous proposons un second modèle décrivant les événements d'association/dissociation et de modification de la chromatine en se basant sur l'affinité coopérative/compétitive des molécules et leur potentielle activité enzymatique ou de remodelage. Par des techniques analytiques et computationnelles, nous caractérisons alors l'activité du promoteur à l'aide d'outils de théorie du signal, mais aussi en reproduisant les mesures obtenues par diverses techniques expérimentales (cinétique de ChIP, FRAP, FRET, cytométrie de flux . . .). L'analyse de ce modèle démontre que l'activité spontanée du promoteur peut être complexe et structurée, présentant en particulier des dynamiques multi-échelles similaires à celles observées expérimentalement (turnover rapide des molécules, comportements cycliques lents, hétérogénéités transcriptionnelles . . .). Nous montrons enfin comment la confrontation de mesures expérimentales de diverses natures peut renseigner sur la structure du système sous-jacent. Ce modèle apparaît alors comme un cadre théorique général pour l'étude de la dynamique des promoteurs et pour l'interprétation intégrée de données expérimentales.

Le fonctionnement du cortex cérébral nécessite l’action coordonnée de deux des sous-types majeurs de neurones, soient les neurones à projections glutamatergiques et les interneurones GABAergiques. Les interneurones GABAergiques ne constituent que 20 à 30% des cellules corticales par rapport au grand nombre de neurones glutamatergiques. Leur rôle est toutefois prépondérant puisqu’ils modulent fortement la dynamique et la plasticité des réseaux néocorticaux. Il n’est donc pas surprenant que les altérations de développement des circuits GABAergiques soient associées à plusieurs maladies du cerveau, incluant l’épilepsie, le syndrome de Rett et la schizophrénie. La compréhension des mécanismes moléculaires régissant le développement des circuits GABAergiques est une étape essentielle menant vers une meilleure compréhension de la façon dont les anormalités se produisent. Conséquemment, nous nous intéressons au rôle de l’acide polysialique (PSA) dans le développement des synapses GABAergiques. PSA est un homopolymère de chaînons polysialylés en α-2,8, et est exclusivement lié à la molécule d’adhésion aux cellules neuronales (NCAM) dans les cerveaux de mammifères. PSA est impliqué dans plusieurs processus développementaux, y compris la formation et la plasticité des synapses glutamatergiques, mais son rôle dans les réseaux GABAergiques reste à préciser. Les données générées dans le laboratoire du Dr. Di Cristo démontrent que PSA est fortement exprimé post- natalement dans le néocortex des rongeurs, que son abondance diminue au cours du développement, et, faits importants, que son expression dépend de l’activité visuelle i et est inversement corrélée à la maturation des synapses GABAergiques. La présente propose de caractériser les mécanismes moléculaires régulant l’expression de PSA dans le néocortex visuel de la souris. Les enzymes polysialyltransférases ST8SiaII (STX) et ST8SiaIV (PST) sont responsables de la formation de la chaîne de PSA sur NCAM. En contrôlant ainsi la quantité de PSA sur NCAM, ils influenceraient le développement des synapses GABAergiques. Mon projet consiste à déterminer comment l’expression des polysialyltransférases est régulée dans le néocortex visuel des souris durant la période post-natale; ces données sont à la fois inconnues, et cruciales. Nous utilisons un système de cultures organotypiques dont la maturation des synapses GABAergiques est comparable au modèle in vivo. L’analyse de l’expression génique par qPCR a démontré que l’expression des polysialyltransférases diminue au cours du développement; une baisse majeure corrélant avec l’ouverture des yeux chez la souris. Nous avons de plus illustré pour la première fois que l’expression de STX, et non celle de PST, est activité-dépendante, et que ce processus requiert l’activation du récepteur NMDA, une augmentation du niveau de calcium intracellulaire et la protéine kinase C (PKC). Ces données démontrent que STX est l’enzyme régulant préférentiellement le niveau de PSA sur NCAM au cours de la période post-natale dans le cortex visuel des souris. Des données préliminaires d’un second volet de notre investigation suggèrent que l’acétylation des histones et la méthylation de l’ADN pourraient également contribuer à la régulation de la transcription de cette enzyme durant le développement. Plus d’investigations seront toutefois nécessaires afin de confirmer cette hypothèse. En somme, la connaissance des mécanismes par lesquels l’expression des ii polysialyltransférases est modulée est essentielle à la compréhension du processus de maturation des synapses GABAergiques. Ceci permettrait de moduler pharmacologiquement l’expression de ces enzymes; la sur-expression de STX et/ou PST pourrait produire une plus grande quantité de PSA, déstabiliser les synapses GABAergiques, et conséquemment, ré-induire la plasticité cérébrale. / The functioning of the cerebral cortex requires coordinated action of two major neuronal subtypes - the glutamatergic projection neurons and the GABAergic interneurons. GABAergic interneurons represent 20 to 30% of all cortical cells. Even though they are a minor cell population in the cerebral cortex compared to glutamatergic neurons, they are key modulators of network dynamics and plasticity of neocortical circuits. It is therefore not surprising that aberrant development of GABAergic circuits is implicated in many neurodevelopmental disorders including epilepsy, Rett syndrome and schizophrenia. Understanding the molecular mechanisms governing the development of GABAergic inhibitory synapses in neocortex is important towards a better comprehension of how abnormalities in this developmental process can occur. Therefore, we focus specifically on the role of polysialic acid (PSA) in the development of GABAergic synapses. PSA is a α-2,8 polysialylated homopolymer, which is exclusively linked to the Neural Cell Adhesion Molecule (NCAM) in the mammalian brain. It is involved in several developmental processes including formation and plasticity of glutamatergic synapses; however its role in GABAergic circuit formation has not been explored so far. Previously in Dr Di Cristo’s lab, we showed that PSA is strongly expressed post-natally and its expression steadily declines during development in mice neocortex. We also showed that the developmental and activity-dependant regulation of PSA expression is inversely correlated with the maturation of perisomatic GABAergic innervation. Our aim is to characterize the molecular mechanisms regulating PSA expression in mouse iv visual cortex during post-natal development. Two polysialyltransferases, ST8SiaII (STX) and ST8SiaIV (PST), are responsible for PSA attachment to NCAM. By controlling the amount of PSA on NCAM, they can influence GABAergic synapses development. The mechanisms regulating STX and PST expression is crucial but remain still unknown. My research project focused on the mechanisms regulating STX and PST transcription in the mouse postnatal cortex. We used an organotypic culture system, which recapitulates many aspects of GABAergic synapse maturation as observed in vivo. Polysialyltransferases transcript levels were measured by qPCR and showed that STX and PST mRNA levels steadily decline during post-natal development in the mouse cortex; the sharpest reduction in the expression of both enzymes correlate with eye opening. We further demonstrate for the first time that STX mRNA levels is activity-dependant, requires the activation of NMDA receptors, an increase in intracellular Calcium levels and is PKC-dependent. Altogether, we show that the regulation of the expression of STX is the main mechanism responsible for PSA expression levels in the cortex around eyes opening. We next investigated whether epigenetic mechanisms regulate STX transcription and preliminary data suggest that histone acetylation and DNA methylation may contribute to STX expression during development. However, further experiments are required to confirm this hypothesis. In summary, understanding the mechanisms modulating STX and PST expression in the neocortex is essential for the comprehension of their precise role in GABAergic synapse maturation. This knowledge could allow us to modulate pharmacologically the expression of these enzymes; in turn overexpression of STX and PST may re-induce PSA expression, thereby destabilizing GABAergic synapses, and ultimately facilitating cortical plasticity in the adult.

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Le syndrome de Gougerot-Sjögren (SGS) est une maladie autoimmune (MAI) systémique inflammatoire chronique caractérisée principalement par la diminution des secrétions salivaires et lacrymales, aboutissant à une sécheresse de la bouche et des yeux. Elle affecte principalement les femmes autour de la ménopause. Au niveau physiologique, le tissu épithélial des glandes salivaires (GS) est infiltré par des lymphocytes, ce qui provoque l'apoptose des cellules épithéliales (CE). L'épigénétique pouvant jouer un rôle important dans le développement des MAI comme le SGS, nous avons analysé l'expression d'éléments rétroviraux endogènes humains (HERV) et des microARN. Par ailleurs, afin de mieux comprendre les mécanismes cellulaires et moléculaires impliqués dans les interactions lymphocytes-CE au niveau de la GS pathologique, nous avons mis en place un modèle de co-culture in vitro entre des CE et des lymphocytes B ou T (LB, LT). Nous avons également étudié le rôle de BAFF sur les CE qui expriment l'un de ses récepteurs, BR3.Dans un premier temps, nous avons montré que dans les GS des patients, les HERV et les miARN ont un profil d'expression distinct de celui des personnes saines, montrant ainsi une participation de l'épigénétique dans la pathologie. Dans un deuxième temps, nous avons montré que les CE entrent en apoptose suite à l'interaction directe avec les lymphocytes B etT, en faisant intervenir la voie Fas pour les LT et la voie de la PKCδ pour les LB. En lien avec l'apoptose induite par les LB, nous avons démontré que BAFF est impliqué dans la survie des CE, et que le blocage de sa signalisation ou la sous-expression de son récepteur conduit à la mort des CE. Nous pouvons supposer que les LB entrent en compétition avec les CE pour le signal de survie apporté par BAFF, et que les CE qui s'en trouvent privées meurent. Finalement, nous avons montré que plusieurs formes de BAFF sont produites parles CE et reconnues de manière différente par les anticorps anti-BAFF. Il pourrait s'agir d'isoformes plus ou moins glycosylés ou de variants de BAFF. Cependant d'autres études sont nécessaires afin de les identifier.

Plusieurs lymphomes à cellules B présentent des anomalies génétiques qui sont importantes pour déterminer leurs caractéristiques biologiques et peuvent être utiles pour le diagnostic. Les types les plus courants sont le lymphome folliculaire et le lymphome diffus à grandes cellules B (LDGCB), qui représentent à eux deux plus de 60 % de tous les lymphomes. Les LDGCB sont agressifs mais peuvent être traités par chimiothérapie à agents multiples. Cependant, les gènes suppresseurs de tumeur (GST) potentiellement responsables de la lymphomagenèse ne sont pas tous connus. Le rationnel de ce projet reposait sur des données non publiées du projet translationnel GHEDI (déchiffrer l'hétérogénéité génétique du lymphome diffus à grandes cellules B à l'ère du rituximab). Une hybridation génomique comparative (CGH) (puce Agilent 180 K) a été réalisée sur une série de 202 LDGCB de la série GHEDI et 40 % des délétions de la région 6q21 ont été identifiées, dont la région minimale commune délétée qui contient le gène HACE1. Par ailleurs, l'analyse transcriptomique a montré une corrélation significative entre le nombre de copies du gène et le niveau d'expression. Le gène HACE1, situé sur le chromosome 6q, code pour une ubiquitine ligase E3 et est régulé négativement chez l'homme dans les tumeurs, y compris les neuroblastomes et les lymphomes à cellules tueuses naturelles (NK). Il a été montré que le gène HACE1 ubiquityle Rac1, une protéine impliquée dans la prolifération cellulaire et la progression G2/M du cycle cellulaire. La fonction du gène HACE1 et les facteurs impliqués dans sa régulation transcriptionnelle sont en grande partie inconnus dans le contexte des lymphomes à cellules B. Dans cette étude, nous avons examiné si le gène HACE1 était un gène candidat dans la région génomique 6q impliqué dans la lymphomagenèse des LDGCB et plus largement dans les lymphomes B. Nous avons déterminé la fréquence de l'inactivation du gène HACE1 dans le lymphome à cellules B et analysé les mécanismes impliqués dans son extinction. / Several B-cell lymphomas have characteristic genetic abnormalities that are important in determining their biologic features and can be useful in differential diagnosis. Historically, classical Hodgkin lymphomas have been distinguished from non-Hodgkin lymphomas (NHL). The most common types are follicular lymphoma and diffuse large B-cell lymphoma (DLBCL), which together make up more than 60% of all lymphomas. DBCL are aggressive but potentially curable with multi-agent chemotherapy. However the putative tumor suppressor genes (TSG) responsible for lymphomagenesis still remain unknown. The rational of this project was based on unpublished data from the translational project GHEDI (Deciphering the Genetic Heterogeneity of Diffuse large B-cell lymphoma in the rituximab era). Array comparative genomic hybridization (aCGH) (Agilent 180 K) was performed in a series of 202 DLBCL and found 40% of deletions of 6q21 region, whose minimal commune deleted region (MCR) contains HACE1 gene. Furthermore, transcriptomic analysis showed a significant correlation between gene copy number and expression level. HACE1, located on chromosome 6q, encodes an E3 ubiquitin ligase and is downregulated in human tumors such as neuroblastomas and natural killer (NK) lymphomas. HACE1 has been shown to ubiquitylate Rac1, a protein involved in cell proliferation and G2/M cell cycle progression. The function of HACE1 and the factors involved in its transcriptional regulation are largely unknown in the context of B-cell lymphomas. In this study, we investigated whether HACE1 is a candidate gene in the 6q genomic region involved in DLBCL lymphomagenesis. We determined the frequency of HACE1 inactivation in B-cell lymphoma and analyzed the mechanisms involved in its silencing. We show, by RT-qPCR, that HACE1 gene is constitutively expressed in normal lymph nodes and in normal B-cells isolated from peripheral blood, contrasting with a strong downregulation of its expression in more than 70% (77/111) of B-cell lymphoma cases and in four tested B-Lymphoma cell lines. HACE1 gene copy number was assessed by quantitative multiplex PCR of short fluorescent fragments (QMPSF) and array for comparative genomic hybridization (aCGH) in 91 DLBCL cases.

Le développement du rein est un exemple intriguant d’un équilibre délicat entre la prolifération des cellules progénitrices, la différentiation et l’apoptose. Le gène Wt1 est indispensable pour la survie des cellules progénitrices. Le but de cette thèse a été de définir les voies de signalisation activées par Wt1 pendant le développement du rein. En utilisant les souris Wt1 KO, nous avons démontré que WT1 coordonne l’action de deux voies de signalisation opposées : Fgf et Bmp/Smad intervenant dans la survie des cellules progénitrices rénales. Dans une deuxième étude, nous avons analysé le rôle du modificateur épigénétique, le gène Phf19 pendant le développement du rein. Nous avons démontré que l’expression de ce gène est Wt1-dependant et il est exclusivement exprimé dans les cellules progénitrices rénales au cours du développement et que son inactivation dans le rein embryonnaire en culture, conduit à l’apoptose des cellules progénitrices. Nous avons généré des souris knockout de Phf19 par l’approche de CRISPR/Cas9. Dans le cas d’une létalité précoce des embryons homozygotes, nous opterons pour la production du model animal knockout conditionnel et procéderons à la caractérisation de leur profile épigénétique. Cette thèse a permis d’une part, de découvrir deux voies de signalisation antagonistes, régulées par le Wt1et impliquées dans le contrôle de la survie des cellules progénitrices rénales et d’autre part de nous orienter vers le contrôle de la survie et la prolifération de ces cellules par modifications épigénétiques. Ceci nous permettra de contribuer à la connaissance de l’étiologie d’une grande proportion des malformations rénales restant à ce jour inconnues. / Kidney organogenesis requires the tight control of proliferation, differentiation and apoptosis of renal progenitor cells. The Wilms’ tumour suppressor Wt1 is required for renal progenitor survival. The aim of this thesis was to elucidate the molecular cause for renal agenesis in Wt1 mutant mouse. Here we demonstrate that lack of Wt1 abolishes FGF and induces BMP/pSMAD signaling within the metanephric mesenchyme. We further show that recombinant BMP4, but not BMP7, induces an apoptotic response within the early kidney that can be suppressed by simultaneous addition of FGFs. These data reveal an unknown sensitivity of early renal progenitors to pSMAD signalling, establishes FGF and pSMAD signalling as antagonistic forces in early kidney development and places WT1 as a key regulator of pro-survival FGF signalling pathway genes. In a second study, we demonstrated, that Phf19, an epigenetic modifier, is essential both for maintaining Wt1 expression in renal progenitor cells and their survival in an ex-vivo culture. We further generated a Phf19 knockout mouse by CRISPR/Cas9. The homozygous embryos will be analyzed to further decipher the contribution of Phf19 to potential kidney malformations and the epigenetic profile of renal progenitor cells will be characterized. Overall, the new insights into the molecular mechanisms controlling the survival of renal progenitor cells, reported in this thesis, provide one more step in our understanding of renal malformations. In addition, our results conducted us toward the epigenetique modifications that could open up promising new avenue of understanding the etiology of an important proportion of renal malformation that remains unknown.

La protéine UHRF1 est impliquée dans le maintien et la transmission des modifications épigénétiques. Lors du processus de réplication, elle recrute la méthyltransférase de l’ADN Dnmt1 au niveau des sites CpG hémi-méthylés via son domaine SRA (SET and RING Associated), favorisant la duplication des profils de méthylation. La structure tridimensionnelle du complexe SRA/ADN révèle que la protéine induit un basculement de la méthylcytosine qui permet un ancrage spécifique de la protéine sur les sites hémim éthylés, facilitant le recrutement de la Dnmt1 au niveau de ces positions stratégiques. Dans ce contexte, notre projet vise à comprendre les mécanismes d’interaction du domaine SRA de UHRF1 avec l’ADN hémi-méthylé. Des oligonucléotides doubles brins ont été marqués à la 2-aminopurine, un analogue nucléosidique fluorescent sensible à l’environnement, à différentes positions au voisinage d’un unique site de reconnaissance CpG hémi-méthylé. Les mesures de spectroscopie de fluorescence à l’état stationnaire et résolues en temps de ces duplexes liés au domaine SRA nous ont permis de caractériser de manière site spécifique les changements conformationnels induits par la liaison du domaine SRA. En accord avec la structure tridimensionnelle du complexe SRA/ADN, nos données suggèrent que le domaine SRA est capable de basculer la méthylcytosine tout en préservant la structure des autres bases dans le duplexe. Le domaine SRA semble se lier selon le même mécanisme aux duplexes hémi-méthylés, bi-méthylés et non-méthylés. La protéine UHRF1 jouerait ainsi un rôle de “lecteur“ capable de scanner la séquence d’ADN à la recherche de sites hémi-méthylés. / The UHRF1 protein plays a key role in the maintenance and transmission of epigenetic modifications. Duringthe replication process, it recruits the DNA methyltransferase Dnmt1 to hemi-methylated CpG sites via itsSRA (SET and RING Associated) domain, promoting the duplication of the methylation profiles. Thetridimensional structure of the SRA/DNA complex revealed that the protein induces a base-flipping of themethylcytosine that enables a specific anchoring of the protein to hemi-methylated sites facilitating therecruitment of Dnmt1 to this strategic position. In this context, our project was aimed to further understand themechanism of interaction of the SRA domain with hemi-methylated DNA. To this end, oligonucleotideduplexes were labeled by 2-aminopurine, a fluorescent nucleoside analogue sensitive to environment, atvarious positions close to the single hemi-methylated CpG recognition site. Steady-state and time-resolvedfluorescence spectroscopy measurements of these duplexes bound to the SRA domain enabled us to sitespecificallycharacterize the conformational changes induced by the binding of this domain. In agreement withthe tridimensional structure of the SRA/DNA complex, our data suggest that the SRA domain is able to flip themethylcytosine while preserving the structure of the surrounding bases in the duplex. The SRA domain wasshown to bind with the same mechanism to hemi-methylated, fully-methylated and non-methylated duplexes.Our data suggest the UHRF1 protein plays a role of “reader” that scans the DNA sequence for hemimethylatedsites.

Le principal intérêt de nos études présentées dans ce manuscrit, correspond à la compréhension des évènements, reliés aux acylations d’histones au niveau des lysines (Ks) dans les cellules germinales post méiotiques, qui régulent spécifiquement l’expression des gènes à l’échelle du génome entier.Dans la première partie de mon travail, nous avons élaboré une stratégie afin d’analyser le rôle des « histones acetyl transférases » (HATs), Cbp et p300, dans les cellules germinales post méiotiques. Pour ce faire, nous avons généré une lignée de souris conditionnellement et partiellement invalidée pour les gènes Cbp et p300 dans les cellules post méiotiques. Bien que les souris mâles sont fertiles et que la spermatogénèse semble se dérouler normalement, une analyse transcriptomique des cellules germinales haploïdes post méiotiques précoces et tardives nous a permis d’identifier une série de gènes dont l’expression est augmentée dans les cellules spermatogéniques tardives et qui sont sensibles à la diminution des niveaux de Cbp et p300. Ces résultats ont permis de révéler un programme spécifique d’expression de gènes dans les cellules germinales post méiotiques dépendant des HATs correspondantes.Prenant en compte qu’il existe une variété d’acylations des histones au niveau des lysines, nous avons étendu nos études à une modification à « quatre-carbone », la butyrylation. Nous avons alors initié une analyse comparative de l’acétylation et de la butyrylation de l’histone H₄ en positions K5 et K8 dans les cellules germinales mâles en différentiation. Nous avons cartographié à l’échelle du génome les marques H4K5ac, H4K5bu, H4K8ac, et H4K8bu au niveau de deux étapes développementales critiques avec les cellules méiotiques et les cellules post méiotiques haploïdes. Cette cartographie montre que la majorité des gènes exprimés fortement, à la fois dans les cellules méiotiques et les spermatides précoces rondes haploïdes, qu’au niveau des sites d’initiation de la transcription (TSSs) l’acétylation et la butyrylation sont interchangeables. De façon intéressante, beaucoup de ces promoteurs correspondants sont aussi reconnus par un régulateur essentiel de l’expression des gènes lors de la spermatogénèse, le factor à bromodomaine, Brdt. Une étude détaillée, des capacités de liaison du facteur Brdt sur les parties N-terminales de l’histone H4 portant des combinaisons variées d’acétylation et/ou de butyrylation en position K5 et K8, montre que la marque H4K5bu inhibe fortement la liaison du facteur Brdt. Nos résultats suggèrent qu’en addition à la fonction activatrice de Brdt vis-à-vis du programme d’expression de gènes méiotiques et post méiotiques, l’échange (« turnover ») induit par la butyrylation d’H4K5 est également important. Ce travail montre comment une interconnexion entre deux différentes acylations d’une même lysine peut jouer un rôle régulateur essentiel en augmentant la dynamique de liaison de la chromatine par un lecteur de lysine acétylé, Brdt.Enfin, au cours d’un travail collaboratif portant sur des approches structurales, nous avons montré, malgré le fait que p300 soit répertoriée comme une acétylase robuste, que son activité est réduite lorsque la longueur des chaines acyl augmente. Ces résultats suggèrent qu’in vivo, p300 puisse utiliser un co-facteur spécifique pour assurer des acylations d’histones autre qu’une acétylation.Ces investigations mettent en lumière comment la programmation du génome mâle est guidée par diverses acylations d’histone et révèlent pour la première fois l’existence d’un réseau moléculaire qui régule ces acylations et transmet un impact fonctionnel. / The main focus of the investigations reported in this manuscript is the understanding of the regulatory events that are based on histone lysine modifications in post-meiotic male germ cells, where specific and chromosome-wide regulations of gene expression occur. In the first part of my work we designed a strategy to specifically investigate the role of the histone acetyl-transferases (HATs), Cbp and p300, in post-meiotic male germ cells.Accordingly, we generated double Cbp and p300 conditional knock-out mice resulting in a partial depletion of Cbp and p300 in post-meiotic cells. Although the mice were fertile and spermatogenesis seemed to take place normally, a transcriptomic analysis of early and late post-meiotic germ cells led to the identification of a specific subset of genes with an increased expression in late spermatogenic cells that is highly sensitive to the decreased amounts of Cbp and p300. In conclusion, these results have revealed an interesting new gene expression program specific to post-meiotic male germ cells that are specifically regulated by the considered HATs.Taking into account the occurrence of a variety of histone lysine acylations, we extended these investigations to a four-carbon histone lysine modification, butyrylation. Accordingly, we have undertaken a comprehensive comparative analysis of histone H4 acetylation and butyrylation on its K5 and K8 positions in differentiating male germ cells. Genome-wide mapping of H4K5ac, H4K5bu, H4K8ac and H4K8bu at two critical developmental stages, meiotic and post-meiotic haploid cells, shows an interchangeable use of acetylation and butyrylation in the Transcriptional Start Sites (TSSs) of the most highly expressed genes in both meiotic and haploid round spermatids. Interestingly, many of these promoters are also bound by the essential regulator of spermatogenic gene expression, the BET bromodomain-containing factor, Brdt. A detailed analysis of Brdt binding capacity of H4 tails bearing various combinations of K5 and K8 acetylation and butyrylation showed that H4K5 butyrylation severely interferes with Brdt-binding. Our results therefore indicate that not only Brdt is required for the activation of a meiotic and post-meiotic gene expression program, but also its turnover induced by H4K5 butyrylation is equally important. This work hence highlights how an interplay between two different acylations occurring on the same lysines can play an essential regulatory role by increasing the chromatin binding dynamics of a critical lysine acetyl-reader, Brdt.Finally, in a collaborative work with structural biologists we showed that while p300 is a robust acetylase, its activity gets weaker with increasing acyl chain length. These results suggest that in vivo, p300 would use a specific co-factor to ensure non-acetyl histone acylations.Overall, these investigations shed an important light on how the male genome programming is guided by histone acylations and revealed for the first time a molecular network that regulates histone acylations and mediates its functional impact.

Des études chez les animaux ont montré que ZRF1 a une fonction lectrice au niveau de H2Aub1 dans la dérépression de gènes réprimés par polycomb. Deux gènes homologues au gène humain ZRF1 ont été identifiés dans le génome d'Arabidopsis, et ont par la suite été appelés AtZRF1 a etAtZRF1 b. La caractérisation fonctionnelle de ces gènes n'a pas encore été rapportée. Ma première objective était d'obtenir des connaissances générales sur AtZRF1 a et AtZRF1 b. Tous les deux sont exprimés dans des plantes d'Arabidopsis et la protéine AtZRF1 b est localisée dans le noyau et dans le cytoplasme. En plus, nous avons trouvé que la protéine AtZRF1 b lie H2Aub1 avec les mêmes caractéristiques que la protéine ZRF1 humaine. J'ai utilisé les outils génétiques puissants disponibles pour Arabidopsis pour étudier la fonction d'AtZRF1 a et AtZRF1 b. Plusieurs lignées d'insertion de T-DNA indépendantes ont été identifiées. A cause d'une rédondance fonctionelle,des mutants simples n'ont pas de défauts de développement évidents. C'est pourquoi j'ai étudié un mutant double qui montrent une perte de fonction pour les deux gènes AtZRF1 a et AtZRF1 b. Ce double mutant révèle des rôles importants pour ces gènes dans la croissance et le développement,qui vont de la prolifération cellulaire et la différenciation jusqu'au contrôle du temps de floraison. J'ai ensuite étudié les rôles d'AtZRF1 a et AtZRF1 b dans la régulation de la transcription et j'ai constaté que AtZRF1 a et AtZRF1 b ont une fonction similaire a PRC1. Finalement, j'ai étudié les niveaux de H3K4me3, H3K27me3 et H2Aub1 dans la chromatine de certains gènes dont l'expression est perturbée dans les doubles mutants. Les résultats montrent que la déubiquitination de H2Aubi1 n'est pas un événement majeur dans la régulation de la transcription chez Arabidopsis. / Studies in animais show that ZRF1 can read the histone H2AK119ub1 modification in the derepression of polycomb-repressed genes. Two homologs of human ZRF1 have been identified in the Arabidopsis genome, and here in after are named AtZRF1 a and AtZRF1 b. So far, their functional characterization had not been reported. My first objective was to acquire basic knowledge about AtZRF1 a and AtZRF1 b. Both are broadly expressed in Arabidopsis plants and the AtZRF1 b protein is localized in the nucleus and thecytoplasm. Moreover, we found that AtZRF1 b binds H2Aub1 with characteristics similar to those previously reported for the human ZRF1 protein. I subsequently used the powerful genetic tools available in Arabidopsis to investigate the AtZRF1 a and AtZRF1b function. Several independent T-DNA insertion Arabidopsis mutant lines were identified. Because of functional redundancy, single mutants have no obvious developmental defects. I therefore focused on double mutants displaying loss of function of both AtZRF1a and AtZRF1 b. The study of a double mutant revealed important roles for these genes in plant growth and development ranging from cell proliferation and differentiation to flowering time control.I then investigated the roles of AtZRF1 a and AtZRF1 b in gene transcription regulation and found that AtZRF1a and AtZRF1 b function in a way that is partially similar to PRC1 function. Lastly, I investigated H3K4me3, H3K27me3 and H2Aub1 levels in the chromatin regions of some expression-perturbed genes in double mutants. The results show that ZRF1-mediated deubiquitination of H2Aub1 is not a major event in transcription regulation in Arabidopsis.