La méthylation de l’ADN est la marque épigénétique la plus connue. Elle consiste en l’ajout d’un groupement méthyle au niveau de la cytosine, produisant la 5-méthyl-cystosine (5mC). Cette réaction chimique est catalysée par des ADN méthyltransférases : DNMT1, DNMT3A et DNMT3B. Peu de choses sont connues concernant les changements de 5mC au cours des lignages cellulaires dans l’embryon et comment cette marque contribue à l’établissement ou au maintien de l’identité cellulaire. Nous avons cherché à mieux comprendre ces mécanismes en étudiant la 5mC dans deux lignages cellulaires : les cellules primordiales germinales (PGCs) et les cellules souches hématopoïétiques (HSCs). Nous avons généré les premiers méthylomes de ces cellules au cours de leur développement chez la souris. Chez les PGCs, nous avons mis en évidence l’existence de deux phases de reprogrammation de la 5mC. Une première phase entre E9,5 et E13,5, où le génome des PGCs se déméthyle et une phase de reméthylation entre E14,5 et E17,5, chez les gamètes mâles uniquement. Néanmoins, certaines régions, dont notamment les éléments transposables sont résistants à la vague de déméthylation. L’utilisation de souris conditionnellement, nous a permis de mettre en évidence l’implication des protéines DNMT1 et UHRF2 dans le maintien de la 5mC au niveau de ces séquences. Concernant les HSCs, nous avons mis en évidence qu’elles acquièrent un profil de 5mC qui leur est propre lors de deux phases. La première a lieu dès l’apparition des HSCs dans l’organisme tandis que l’acquisition de la signature hématopoïétique définitive se déroule à l’âge adulte dans la moelle osseuse. L’utilisation de souris conditionnelles, nous a permis de mettre en exergue l’implication de DNMT3A et DNMT3B dans la mise en place de ces profils, avec un rôle prépondérant de DNMT3B lors de la phase d’acquisition précoce et de DNMT3A lors du verrouillage de leur profil de 5mC. / The methylation of DNA is a well-known epigenetic mark. It consists in adding a methyl group to a cytosine producing the 5-methylcytosine (5mC). This is catalysed by the DNA methyltransferase (DNMT) family: DNMT1, DNMT3A and DNMT3B. Little is known about the changes in DNA methylation that follow lineage decisions in the embryo and how these contribute, establish or maintain cellular identities. We are addressing these questions using as a model the specification of mouse primordial germ cells (PGCs) and mouse hematopoietic stem cells (HSCs) in the mouse embryo. We generate the first genome-wide maps of 5mC during their development. These maps highlight two waves of DNA methylation in PGCs. The first one takes place between E9,5 and E13,5, where the genome demethylates while the second one corresponds to a remethylation phase only in male PGCs between E14,5 and E17,5. Nevertheless, some regions, notably the transposable elements, are resistant to this demethylation wave. We demonstrate the implication of DNMT1 and UHRF2 in maintaining the 5mC on these regions using transgenic mice presenting specific deletion in PGCs. In HSCs, the 5mC maps highlight two wave of DNA methylation. The first one correlates with the first appearance of the HSCs in early embryos while the second one corresponds to their migration to the bone marrow and seems to act as a definitive lock for their hematopoietic identity. Using transgenic mice presenting specific deletions in HSCs, we prove the implication of DNMT3A and DNMT3B in hematopoietic stem cells, with a major role in locking HSC identity of DNMT3B during the first wave and a DNMT3A during the second one respectively.

Pendant les derniers stades de la spermatogenèse, les cellules germinales mâles post-méiotiques subissent une réorganisation dramatique de l'architecture de leur chromatine, impliquant notamment le remplacement presque total des histones par les protamines, créant des noyaux fortement condensés que l'on trouve dans le sperme mature. Au cours de ce processus, un événement précoce clé est la vague d'hyperacetylation des histones, qui précède leur remplacement. Notre équipe a précédemment identifié le facteur d'expression testiculaire de la famille BET, Brdt (BRomoDomain Testis), qui se lie aux histones acétylées via ses deux bromodomaines, comme essentiel au cours de ce processus. Cependant, les mécanismes aboutissant à l'hyperacétylation des histones à l'échelle génomique sont encore inconnus, ce qui reste l'une des questions majeures dans le domaine. La protéine NUclear in Testis (NUT) est un facteur spécifique testiculaire dont la fonction physiologique dans les cellules germinales mâles était inconnue. Cette protéine se trouve exprimée de manière ectopique dans un cancer rare mais très agressif, le carcinome de la ligne médiane (NUT Midline Carcinoma), en fusion avec BRD4, produisant ainsi une protéine de fusion hautement oncogène. Dans les cellules cancéreuses NUT est capable de recruter et d'activer l'histone acétyltransférase p300, contribuant ainsi à l'activité oncogénique de la protéine de fusion BRD4-NUT. Mon projet de doctorat est d'explorer la fonction physiologique de NUT, en étudiant des souris knock-out pour NUT qui ont été générées par notre équipe en collaboration avec Mathieu Gérard (Saclay). L'absence de NUT provoque une stérilité mâle associée à un arrêt de la spermatogenèse lors de l'allongement et de la condensation des spermatides, au stade où normalement les histones sont remplacées. D'autres expériences suggèrent que NUT pourrait agir sur la régulation de marques épigénétiques, y compris l'hyperacétylation des histones. Les mécanismes par lesquels NUT interfère avec la vague d'acétylation et les facteurs en interaction, y compris Brdt, sont explorées. Au total, cette étude démontre la contribution essentielle du NUT à la régulation épigénétique et au remplacement des histones au cours de la maturation post-méiotique des cellules germinales mâles. / During the late stages of spermatogenesis, post-meiotic male germ cells undergo a dramatic reorganization of their chromatin architecture involving the almost genome wide replacement of histones by protamines, creating highly condensed nuclei that are found in the mature sperm. During this process a key early event is known to be the wave of histone hyperacetylation, which precedes their replacement. Our team previously reported that the testis specific BET factor BRDT (BRomoDomain Testis specific), which binds acetylated histones, is essential during this process. However, how this genome wide hyperacetylation occurs has remained one of the major questions in the field. NUclear protein in Testis (NUT) is a testis specific factor whose physiological function in male germ cells was unknown. It has been found ectopically expressed in NUT Midline Carcinoma, a rare but highly aggressive cancer, in fusion with BRD4, resulting in a highly oncogenic fusion protein. In cancer cells, NUT is able to recruit and activate the histone acetyltransferase p300, hence contributing to the oncogenic activity of the BRD4-NUT fusion protein. My Ph.D. project investigates the original function of NUT by using NUT knockout mice that were generated by our team in collaboration with Mathieu Gerard (Saclay). The absence of NUT causes male sterility associated with a spermatogenic arrest during spermatids elongation/condensation, at a stage when histone replacement normally takes place. Additional experiments suggest that NUT could act through the regulation of epigenetic marks, including histone hyperacetylation. The mechanisms by which NUT interferes with the hyperacetylation wave and interacting factors, including Brdt, are explored. Altogether this study demonstrates the essential contribution of NUT to the epigenetic regulation and histone replacement during the post-meiotic maturation of male germ cells.

L'épigénétique joue un rôle majeur dans le développement érythrocytaire de Plasmodium falciparum, tels que variation antigénique, pathogenèse, différenciation sexuée. Jusqu'à présent, ces éléments n'ont jamais été décrits chez les sporozoïtes. Pour caractériser la régulation épigénétique au niveau des sporozoïtes de P. falciparum, nous avons étudié les principaux régulateurs épigénétiques PfHP1 (P. falciparum hétérochromatine Protein 1) ainsi que PfSET6 et PfSET7 (méthyltransférases histone lysine). J'ai établi une cartographie génomique des marques épigénétiques répressives associées à l'hétérochromatine, et actives associées à l'euchromatine. J'ai identifié un nouveau mécanisme stade-spécifique de contrôle de l'expression génique, qui réprimés plusieurs gènes codant pour des protéines exportées. Ce mécanisme repose sur une expansion d'hétérochromatine. De plus, je démontre qu'un membre de la famille des gènes var, qui code pour le facteur de virulence PfEMP1 des stades sanguins, est exprimé à la surface des sporozoïtes. Cette localisation contraste avec les stades sanguins, où PfEMP1 est transporté à la surface des érythrocytes et participe à cytoadhérence. L'ensemble de ces résultats ouvre de nouvelles questions biologiques: quels sont les facteurs qui régulent la formation d'hétérochromatine chez les sporozoïtes? Quelle est la fonction de PfEMP1 sur la surface d'un sporozoïte? Mes conclusions indiquent un rôle putatif de PfEMP1 lors de la migration des sporozoïtes. En outre, l'expression, à la surface du sporozoïte, d'un antigène polymorphique et spécifique de souche pourrait expliquer la réponse immunitaire souche-spécifique, induite par les sporozoïtes atténués. / Epigenetic mechanisms control key processes during Plasmodium falciparum blood stage development such as antigenic variation, malaria pathogenesis and sexual commitment. However, the epigenetic landscape has not been reported for the sporozoites stage. To characterize epigenetic regulation in sporozoites, we tested the major epigenetic regulators P. falciparum Heterochromatin Protein 1 (PfHP1) and the histone lysine methyltransferases (PfSET6 and PfSET7) in P. falciparum sporozoites. I obtained a reliable genome-wide occupancy data for repressive heterochromatin and active euchromatin marks. Notably, I discovered an unprecedented stage specific mechanism of silencing, which represses several hundreds of genes, encoding parasite surface exported proteins. This is based on an expansion of facultative heterochromatin boundaries in sporozoites. Moreover, I demonstrate that a single member of the polymorphic var gene family, encoding the blood stage virulence factor PfEMP1, is expressed at the surface of sporozoites. This is in contrast to blood stages where PfEMP1 is transported to the erythrocyte surface participating in cytoadhesion. Overall, my findings rise new biological questions including what are the factors that regulate heterochromatin boundaries and what is the function of a virulence-associated surface antigen in sporozoites stage. My findings point to a putative function of this adhesion molecule in sporozoites migration. Moreover, the expression of a highly polymporphic and strain-specific antigen on the surface of sporozoites might provide a molecular explanation for the strain-specific protective immune response induced by attenuated sporozoites.

La traduction est une activité cellulaire essentielle, réalisée par les ribosomes. Ces particules sont synthétisées dans le nucléole, ce qui nécessite l'expression coordonnée de 4 ARN ribosomaux, 80 protéines ribosomales, et plus de 200 facteurs d'assemblage. Leur biogenèse est complexe et sollicite plus de la moitié de l'énergie des cellules en prolifération. La quantité de ribosomes varie selon les conditions environnementales et métaboliques et de ce fait, leur synthèse est modulée en réponse à de nombreux stimuli. Plusieurs mécanismes coordonnent la biogenèse des ribosomes avec l'homéostasie cellulaire. L'un d'eux est la capacité des protéines ribosomiques à réguler l'expression des gènes à plusieurs niveaux. Ces fonctions effectuées hors du ribosome sont dites extraribosomales. Notre équipe a mis en évidence l'une de ces fonctions de la protéine ribosomale uL11 chez la Drosophile. Quand sa lysine 3 est triméthylée (uL11K3me3), elle interagit avec Corto, un facteur de transcription de la famille des Enhancers de Trithorax et Polycomb. L'étude de leur fixation à la chromatine montre que ces protéines se répartissent différemment à l'échelle du génome, et que uL11K3me3 est présente au niveau de gènes actifs enrichis en composants du ribosome. Nous avons généré les premiers allèles génétiques du gène uL11 chez la Drosophile, et décrivons la stratégie de crible moléculaire employée pour leur isolation. Finalement, nous avons étudié les allèles de uL11 dont la lysine 3 est mutée. Leurs phénotypes ressemblent à ceux des mutants Minute, suggérant que le domaine N-terminal de uL11 possède une fonction essentielle, mais peut-être indépendante d'une interaction avec Corto. / Translation is an essential metabolic activity carried by ribosomes. These complexes are synthetized in the nucleolus, and require the coordinated expression of 4 ribosomal RNA, 80 ribosomal proteins, and more than 200 assembly factors. Indeed, their biogenesis is complex and expensive, consuming more than half of the energy in proliferating cells. As the cellular need for ribosomes varies with environmental or metabolic conditions, their synthesis is tightly regulated in response to a number of cues. Many mechanisms ensure that the intensity of ribosome biogenesis is coupled to cell homeostasis. Such is the ability of ribosomal proteins to regulate gene expression at many levels, from translation specificity to activation or repression of transcription. Many such functions are carried off the ribosome, and are thus termed extraribosomal. Our team discovered a new extraribosomal function of ribosomal protein uL11 in Drosophila. Indeed, when trimethylated on lysine 3 (uL11K3me3), it associates with Corto, a transcription factor of the Enhancers of Trithorax and Polycomb family. By studying their genome-wide binding profile on chromatin, we show that these proteins are distributed along different patterns, and that uL11K3me3 specifically binds a subset of active genes enriched in ribosome biogenesis components. Additionally, we generated the first genetic alleles for Drosophila uL11 and describe the molecular screening method that we employed. Last, we studied the uL11 alleles that delete or replace lysine 3. We describe that their Minute-like phenotypes suggest an essential role for the N-terminal domain of uL11, though it may be independent of its association with Corto.

Le variant d’histone CENP-A marque épigénétiquement le centromère. La présence de CENP-A au centromère permet le recrutement de protéines centromériques qui constituent la plateforme pour l’assemblage de kinétochores fonctionnels.Dans les cellules humaines, l'extrémité amino-terminale de CENP-A ainsi que la phosphorylation de la sérine 7, ont été signalées comme étant cruciales pour la progression de la mitose. Cependant, aucune phosphorylation de CENP-A dans d'autres espèces de métazoaires n'a été décrite. Ici, nous montrons que le domaine NH2-terminal CENP-A, mais pas sa séquence primaire, est nécessaire pour la mitose dans les fibroblastes embryonnaires de souris (MEFs). Nos données montrent que les défauts mitotiques résultant de la déplétion de CENP-A endogène peuvent être restaurés lorsque les MEFs expriment un mutant GFP-CENP-A dont l'extrémité NH2-terminal de CENP-A a été échangée par la queue phosphorylable de l'histone canonique H3. Inversement, dans ce même mutant, lorsque l’on remplace les deux serines phosphorylables par des résidus alanines, les défauts mitotiques persistent. En outre, le mutant de fusion non- phosphorylable de CENP-A, où les sept serines du domaine NH2-terminal ont été remplacées par des résidus alanines, a été également incapable de restaurer le phénotype mitotique des cellules déplétées en CENP-A endogène.Nous avons également identifié les trois premières sérines de la queue de CENP-A comme sites potentiels de phosphorylation. De plus, nos résultats montrent que l’absence de phosphorylation du domaine amino-terminal conduit à la délocalisation de la protéine centromérique CENP-C. Ces résultats suggèrent que la phosphorylation mitotique de CENP-A est un événement potentiellement fréquent chez les métazoaires et essentiel à la progression mitotique.Dans la seconde partie de ce travail, nous avons voulu lier sans ambiguïté la fonction du domaine NH2-terminal du CENP-A à la mitose. Nous avons conçu une nouvelle méthode, appelée approche Hara-kiri, pour pouvoir éliminer le domaine NH2- terminal seulement pendant la mitose. Ceci afin de répondre à la question ci-dessus dans les cellules humaines. L'élimination du domaine NH2-terminal du CENP-A en utilisant l'approche Hara-kiri en début de mitose a conduit à une augmentation des défauts mitotiques dans les cellules. Prises collectivement, ces données montrent que le domaine NH2-terminal CENP-A est nécessaire pendant la mitose afin d’assurer le bon déroulement de la division cellulaire. / The histone variant CENP-A epigenetically marks the centromere. The presence of CENP-A at the centromeres allows the recruitment of centromeric proteins that constitute the platform for functional kinetochores.In human cells, the NH2-terminus of CENP-A and its phosphorylation at serine 7 in mitosis has been reported to be crucial for the progression of mitosis. However, no phosphorylation of CENP-A in other metazoan species has been described. Here, we show that the NH2-terminus of CENP-A, but not its primary sequence, is required for mitosis in mouse embryonic cells (MEFs). Our data show that the mitotic defects resulting from the depletion of the endogenous CENP-A can be rescued when MEFs expressing a GFP- CENP-A mutant where the NH2-terminus of CENP-A was swapped with the phosphorylatable tail of conventional histone H3. Conversely, no rescue was observed when the two phosphorylatable serines in the H3 tail mutant were replaced with alanines. Furthermore, a non-phosphorylatable fusion mutant of CENP-A where all seven serines in the amino-tail were replaced with alanines, was also unable to rescue the mitotic phenotype of CENP-A depleted cells.We also identified that the first three serines of the tail of CENP-A as potential sites for phosphorylation. Additionally, we were able to link the phosphorylation of CENP-A amino-tail to the proper localization of the key centromeric protein CENP-C. These results suggest that mitotic CENP-A phosphorylation is a potentially common event in metazoans essential for mitotic progression.In the second par of this work we wanted to unambiguously tie the NH2-terminus function of CENP-A to mitosis. To achieve this, we wanted to remove the CENP-A amino-tail only during mitosis and we devised a new method called the Hara-kiri approach in order to answer the above question in human cells. The removal of the NH2-terminal domain of CENP-A using the Hara-kiri approach at the onset of mitosis led to increased mitotic defects in cells. Taken collectively these data show that the CENP-A NH2- terminus is required during mitosis to assure proper cell division.

Nous avons étudié l'influence de la voie du cGMP sur le comportement d'auto-administration de cocaïne chez le rat. Les injections, dans le cortex préfrontal médian, de trois activateurs différents de cette voie diminuent le nombre d'injections que les rats déclenchent, indiquant une réduction de l'effet renforçant de la cocaïne et de leur motivation pour la drogue. Des études immunohistochimiques nous ont permis de mettre en évidence que cette effet comportemental s'accompagnait d'une diminution de l'expression de marqueurs épigénétiques (MeCP2, HDAC2) et d'une augmentation des niveaux d'acétylation des histones. Des résultats complémentaires confirment que la voie du cGMP est bien en mesure de réguler des protéines impliquées dans les mécanismes épigénétiques. La découverte d'une action via ces régulations nous permet de suggérer des pistes originales quant aux phénomènes mis en jeu dans la diminution observée des propriétés renforçantes de la cocaïne. / We studied the influence of the cGMP pathway on cocaine self-administration by rats. When injected in the medial prefrontal cortex, three distinct activators of this pathway reduced the number of self-injections triggered by rats, suggesting a reduction of the reinforcing properties of cocaine and a lesser motivation of the animals for the drug. Immunohistochemical studies revealed that this behavioural effect was accompanied by a reduced expression of epigenetic markers (MeCP2, HDAC2), as well as inceased levels of histone acetylation. Complementary results indicate that the cGMP pathway is indeed able to regulate proteins implied in epigenetic mechanisms. The uncovering of an implication of these types of regulations leads us to suggest original hypotheses about the processes underlying the reduction of the reinforcing properties of cocaine.

Au cours des dernières décennies, la méthylation de l'ADN en position 5 de la cytosine est apparue comme une importante modification épigénétique qui joue un rôle essentiel dans le contrôle spécifique de l'expression des gènes. Cependant, les mécanismes impliqués dans la régulation de la méthylation de l'ADN restent incompris. Des études récentes ont montré que des protéines de type oxydases, nommées TET, peuvent catalyser l'oxydation de la 5-méthylcytosine (5mC) et générer des dérivés oxydés de celle-ci ce qui soulève la question du rôle biologique des formes oxydées de la 5mC. L'identification et la caractérisation des protéines interagissant avec ces formes oxydées devraient permettre une meilleure compréhension de la fonction de ces modifications de l'ADN et de la régulation de la méthylation de l'ADN. Dans ce projet, nous avons développé des sondes photoactivables basées sur l'ADN pour capturer, isoler et caractériser les protéines associées à ces modifications épigénétiques de l'ADN. Tout d'abord, nous avons conçu et évalué les propriétés de différentes sondes oligonucléotidiques photoactivables. Nous avons ensuite réalisé une étude méthodologique afin de caractériser au niveau moléculaire les photoadduits obtenus par MALDI-TOF. Enfin, nous avons développé une méthode de pull-down couplé à du photomarquage et associée à une analyse protéomique par spectrométrie de masse afin d’identifier les protéines ayant une affinité spécifique pour ces modifications épigénétiques. / Over the past few decades, DNA methylation at the 5-position of cytosine has emerged as an important epigenetic modification that plays essential roles in the specific control of gene expression. However, the mechanisms involved in the regulation of DNA methylation remain unclear. Recent studies have shown that oxidase proteins, called TETs, can catalyze the oxidation of 5-methylcytosine (5 mC) and generate oxidized derivatives thereof, raising the question of the biological role of the oxidized forms of 5mC. The identification and characterization of proteins interacting with these oxidized forms should allow for a better understanding of the function of these DNA modifications and the regulation of DNA methylation.In this project, we develop DNA-based photoactivatable probes to capture, isolate and characterize the proteins associated with these epigenetic DNA modifications. First, we designed and evaluated the properties of different photoactivatable oligonucleotide probes. We then carried out a methodological study in order to characterize at the molecular level the obtained photoadducts by MALDI-TOF. Finally, we developed a pull-down method coupled to photolabelling and associated with proteomic analysis by mass spectrometry to identify proteins with specific affinity for these epigenetic changes.

Dans le noyau de nos cellules l’ADN est enroulé autour de petites protéines que l’on appelle les histones et forme ainsi ce que l’on nomme la chromatine. L’activation des gènes permet la production de protéines qui sont nécessaires au bon fonctionnement des différentes cellules de notre organisme. Notre corps est composé de différentes cellules dont l’identité est définie par un patron de gènes actifs et inactifs bien spécifique. Au cours de la mitose (division des cellules) il est crucial que les cellules conservent leur identité, faute de quoi des structures non adaptées peuvent apparaître et dans certains cas conduire à l’apparition de cancers. Les protéines du groupe Polycomb (PcG) constituent un important système de mémoire cellulaire qui permet de maintenir un gène inactif au cours du développement d’un organisme. Ces protéines sont ciblées sur des gènes spécifiques où elles modifient la nature chimique des histones, rendant la chromatine compacte, difficile d’accès et donc empêchant l’activation de ces gènes. Lors de la mitose, la chromatine va se compacter drastiquement pour faciliter la ségrégation des chromosomes. Les mécanismes par lesquels les protéines du PcG s’adaptent à cette restructuration massive du génome ne sont pas connus. Mon projet est d’étudier le comportement des protéines du PcG au niveau de la chromatine à travers la mitose et ainsi de comprendre comment est préservée l’identité des cellules. Historiquement, les protéines du PcG ont été découvertes chez la drosophile et leurs mutations entrainent des anomalies au niveau du plan corporel. Ces protéines existent également chez l’homme et jouent un rôle essentiel dans le contrôle du développement. Ainsi mes travaux effectués chez la drosophile pourront être repris pour l’étude de ces protéines chez l’homme. Par l’utilisation de techniques de microscopie à fluorescence, il est possible de détecter la fixation des protéines du PcG au niveau de la chromatine au cours de la mitose. Il a été observé que durant la mitose l’une des protéines du PcG est dissociée de la chromatine alors que deux autres protéines de ce groupe sont quant à elles maintenues. L’ancrage des protéines du PcG à la chromatine se fait par le dépôt d’une modification chimique spécifique sur une histone, la triméthylation de la lysine 27 de l’histone 3 (H3K27me3). Pendant la mitose le résidu adjacent, la serine 28, va être phosphorylé (H3S28ph), et cette seconde modification perturbe la fixation des protéines du PcG. Pour mieux comprendre comment ces deux modifications (H3K27me3 et H3S28ph) définissent la fixation des protéines du PcG le long du chromosome lors de la mitose, j’analyserai la distribution de ces protéines le long du génome dans des cellules en mitose. D’autre part, j’étudierai les défauts développementaux provoques par l’absence de ces deux modifications chimiques à partir de drosophiles mutantes. La dérégulation des protéines du PcG entraine des défauts développementaux et est à l’origine de nombreux cancers chez l’homme. Des avancées dans le domaine pharmacologique ont permis d’élaborer des inhibiteurs de certaines des protéines du PcG qui pourraient constituer de nouvelles thérapies anti-cancer. Il est donc important de comprendre parfaitement les mécanismes d’actions de ces protéines, tout particulièrement au cours de processus biologiques cruciaux tel que la mitose. / Polycomb group (PcG) proteins maintain repression on key developmental genes to preserve cell fates. It is unknown on how PcG-mediated repressive chromatin is inherited across cell cycles. This project aims to study the chromatin-binding profile of PcG proteins and their cognate histone mark (H3K27me3) in mitosis. We observed that Polycomb (Pc) were dissociated from chromosomes during mitosis and reassociation begins from late anaphase onwards. In contrary, Ph, PSC and high level of H3K27me3 were detected on mitotic chromosomes. Importantly, drug-inhibition of Aurora B and hence depletion of H3S28ph retained Pc on mitotic chromosomes. To further understand how mitotic H3S28ph affects PcG proteins binding profile, a FACS-sorting protocol was optimized to isolate mitotic cells for ChIP-seq analyses. In parallel, Drosophila model of histone mutants (H3K27R and H3S28A) were established to assess the importance of these modifications on PcG-mediated epigenetics inheritance across mitoses.

Les études d'association pangénomiques (GWAS) ont permis l'identification de plusieurs dizaines de gènes et de polymorphismes nucléotidiques (SNPs) contribuant au risque de diabète de type 2.Plus généralement, les GWAS ont permis d'identifier des milliers de SNPs contribuant à des maladies complexes chez l'Homme.Cependant, la caractérisation fonctionnelle et les mécanismes biologiques impliquant ces SNPs et ces gènes restent en grande partie à explorer.En effet, les conséquences de ces polymorphismes sont complexes et peu connues. Une conséquence directe est l'altération de la protéine codée par un gène, voire une extinction complète de la transcription du gène (p.ex. via l’introduction d’un codon stop dans la séquence).Par ailleurs, ces polymorphismes peuvent avoir un rôle de régulation dans l'expression des gènes, par exemple, en perturbant la liaison de facteurs de transcription et d'enzymes impliqués dans la méthylation de l'ADN.Malgré des associations fortes des SNPS identifiés, ils ne peuvent expliquer la totalité de l'héritabilité du diabète de type 2, suggérant par le fait même des mécanismes d'interactions entre les différentes couches que représentent la génomique, la transcriptomique et l'épigénomique.Le changement de paradigme en statistique génétique et la disponibilité de données transcriptomiques et épigénomiques sont responsables de l'évolution du domaine, passant des analyses d'associations à des analyses transversales de type multi-omique, et permettant de fournir des éléments de réponse sur l’aspect fonctionnel des SNPs ou des gènes impliqués, et dans certains cas, permettant d'évaluer le lien causal de ces variants sur la pathologie.Les développements et applications méthodologiques proposés dans cette thèse sont variés, allant d’une approche similaire aux GWAS, mettant à profit les données longitudinales disponibles dans certaines cohortes (p.ex. D.E.S.I.R.), au moyen d'un modèle joint; de la caractérisation fonctionnelle de gènes candidats, identifiés par GWAS, dans la sécrétion d'insuline par une étude transcriptomique multi tissu et dans un modèle cellulaire; de l'identification d'un nouveau gène candidat (PDGFA) impliqué dans la dérégulation de la voie de l'insuline dans le diabète de type 2 via des mécanismes épigénétiques et transcriptomiques; et enfin de la caractérisation de l'effet sur le transcriptome de deux substituts du bisphénol A dans un modèle d’adipocyte primaire.L'augmentation des connaissances des processus biologiques dans lesquels sont impliqués les SNPs et gènes identifiés par GWAS pourrait permettre l'élaboration de stratégies diagnostiques plus efficaces, ainsi que l'identification de cibles thérapeutiques pour le traitement du diabète de type 2 et des complications associées (p.ex. insulinorésistance, NAFLD, cancer, etc.). Plus généralement, ces études multi-omiques ouvrent la voie à l'approche émergente que représente la médecine de précision, permettant le traitement et la prévention des pathologies tout en prenant en compte ce qui fait la spécificité d'un individu, à savoir son génome et son environnement, tous deux interagissant sur son transcriptome et son épigénome. / Genome-wide association studies (GWAS) have resulted in the identification of several dozen of genes and single nucleotide polymorphisms (SNPs) contributing to type 2 diabetes.More generally, GWAS have identified thousands of SNPs contributing to complex diseases in humans.However, the functional characterization and biological mechanisms involving these SNPs and genes remain largely to be explored. Indeed, the consequences of these polymorphisms are complex and little known.One direct consequence of the SNPs is the alteration of the protein encoded by a gene, or even a complete transcriptional gene silencing (e.g. codon stop in the sequence). Furthermore, these polymorphisms may have a regulatory role in gene expression, for example, by interfering with the binding of transcription factors and enzymes involved in DNA methylation.Despite the strong associations of identified SNPs, they cannot explain the full heritability of type 2 diabetes, suggesting interactions mechanisms between the different layers of -omics, such as genomics, transcriptomics and Epigenomics.The shift of paradigm in statistical genetics and the availability of transcriptomic and epigenomic data are responsible for the evolution of the discipline, moving from association studies to multi-omics, and providing insights on the functional aspect of the SNPs or genes involved, and in some cases allowing to evaluate the causal link of these variants on the pathology.The methodological developments and their applications proposed in this thesis are various, ranging from a similar approach to GWAS, leveraging the longitudinal data available in some cohorts (e.g. D.E.S.I.R.), using an joint model approach; the functional characterisation of candidate genes in insulin secretion by a multi tissue transcriptomic study and transcriptomic study in a cell model; the identification of a new candidate gene (PDGFA) involved in the deregulation of the insulin\\\'s pathway in type 2 diabetes through epigenetic and transcriptomic mechanisms; and finally, the characterisation of the effect on the transcriptome of two substitutes of bisphenol A in a primary adipocyte model.The increase of knowledge in biological processes involving SNPs and genes identified by GWAS could enable the development of more effective diagnostic strategies, and the identification of therapeutic targets for the treatment of type 2 diabetes and associated complications (e.g., insulin resistance, NAFLD, cancer, etc.).More generally, these multi-omics studies pave the way for the emerging approach of precision medicine, allowing the treatment and prevention of pathologies while taking into account what makes the specificity of an individual, namely his genome and his environment, both interacting on his transcriptome and his epigenome.

La méthylation et déméthylation de l'ADN jouent un rôle majeur dans la stabilité des génomes, l'empreinte génomique, la paramutation et le développement. En revanche, le rôle de cette régulation épigénétique a été peu étudiée dans les interactions hôtes-pathogènes. Dans ce projet de thèse, nous avons tout d'abord montré que la méthylation de l'ADN régule négativement la résistance d'Arabidopsis thaliana à une souche de Pseudomonas syringae pathogène. Nous avons également identifié un grand nombre de gènes de l'immunité ciblés directement par la méthylation de l'ADN dirigée par petits ARN dans leurs régions promotrices. Nous proposons que cette régulation génique permettrait de maintenir une faible expression basale de ces gènes et d'éviter ainsi des effets délétères qui seraient causés par une expression constitutive de la réponse immunitaire. De plus, nous montrons que la déméthylase active REPRESSOR OF SILENCING 1 (ROS1) facilite l'activation transcriptionnelle de gènes de l'immunité en laissant potentiellement des éléments de régulation en cis accessibles à des facteurs de transcription. Nous avons également démontré que ce facteur contribue à la résistance à P. syringae chez Arabidopsis, caractérisant ainsi la première déméthylase eucaryote dans la résistance antibactérienne. Sur la base de ces résultats, nous proposons que la méthylation de l'ADN maintient une faible expression basale de gènes de l'immunité en absence de pathogène, tandis que la déméthylation active assure une induction rapide de ces gènes au cours de la réponse immunitaire en favorisant potentiellement le recrutement de facteurs de transcription sur la chromatine. / DNA methylation and demethylation are regulatory processes involved in genome stability, genomic imprinting, paramutation and development. Until recently, very little was known about the role of these epigenetic processes in plant disease resistance and in the transcriptional control of immune-responsive genes. Here we provide evidence that DNA methylation negatively regulates antibacterial resistance against a virulent Pseudomonas syringae strain in Arabidopsis. Accordingly, we have identified a subset of defense genes that are targeted and repressed by RNA-directed DNA methylation (RdDM), presumably to prevent trade-off effects that would be caused by their constitutive expression and/or sustained induction. In addition, we found that the active DNA demethylase facilitates the transcriptional activation of some of these defense genes by pruning DNA methylation at their promoter regions and leaving cis-elements accessible for transcription factor binding. In addition, we show that the active demethylase REPRESSOR OF SILENCING 1 (ROS1) positively regulates late immune responses including Pathogen Associated Molecular Pattern (PAMP)-triggered callose deposition and salicylic acid (SA)-dependent defense response. We also demonstrate that ROS1 restricts Pto DC3000 propagation in Arabidopsis leaf secondary veins, providing the first example for a role of an active DNA demethylase in antibacterial resistance. Based on these findings we propose that DNA methylation maintains a low basal expression of some immune-responsive genes in normal growth condition, while active DNA demethylation ensures a rapid and pervasive induction of these genes upon bacterial pathogen detection.