Chromatin remodelers are necessary players in modifying and protecting the chromatin landscape. Aberrant expression of these complexes can lead to epigenetic regulation defects, which is a common cause of neurodevelopmental disorders. Mutations in the BPTF gene, encoding the largest subunit of the NURF complex, cause the newly identified disorder called Neurodevelopmental Disorder with Dysmorphic Facies and distal Limb anomalies (NEDDFL). Recent research has identified a role for Bptf in progenitor proliferation and neocortical development. Here, we aimed to enhance the coverage of Bptf deletion in the neural system and we hypothesized that the phenotype of the Bptf knockout mice will recapitulate the human phenotype and will be a better model to study NEDDFL. We showed that Bptf conditional KO mice have major morphological brain defects, including an abnormal cortex and malformed hippocampus. Furthermore, assessment of these mice revealed key behavioural features found in NEDDFL patients. The ATR-X syndrome, a severe neurodevelopmental disorder with autistic-like features, is caused by mutations in the ATRX gene that encodes an ATP-dependent chromatin remodeling protein. Previous studies have reported that, in the absence of Atrx, the glutamatergic and GABAergic networks are altered, which lead us to hypothesize that alteration of the equilibrium between the excitatory and inhibitory systems play a role in the pathogenesis of ATR-X syndrome. Here, we showed that mice with Atrx deletion in excitatory neurons (AtrxVgKO) and inhibitory neurons (AtrxVtKO) die embryonically or shortly after birth which precluded a thorough mechanistic analysis, yet they exhibited distinct hippocampal defects. Lastly, we generated a new conditional Atrx mouse mutant (AtrxEcKO) that survived beyond birth. Using this model, I showed that loss of Atrx caused a hypoplastic hippocampus, hyperactive and self-injurious behaviour that could be caused by altered myelinogenesis, axonogenesis, axonal pathfinding, cell differentiation and transcriptional regulation.

Die DNA-Sequenzierung nimmt in der molekulargenetischen Diagnostik seit vielen Jahren einen großen Stellenwert ein. Zeit- und kosteneffektivere Methoden wie die DHPLC wurden seither für verschiedene Gene etabliert. Ziel dieser Arbeit war die Etablierung der DHPLC für das ATRX-Gen bei Patienten mit Verdacht auf das ATRX-Syndrom. Nach erfolgreicher Etablierung der DHPLC sollten im Rahmen dieser Arbeit 38 Patientenproben des Instituts für Humangenetik der Universität Leipzig mit Verdacht auf das ATRX-Syndrom mittels DHPLC und Sequenzierung untersucht werden. Die Etablierung der DHPLC gelang in der vorliegenden Arbeit für alle - das ATRX-Gen vollständig umspannenden - 42 Fragmente. Jede der vorliegenden Sequenzvariationen konnte nach Abschluss der Arbeit detektiert werden. Unter Verwendung von Maxima® stellten sich initial 22 von 24 verschiedenen Sequenzvariationen zum Wildtyp different dar. Die verbleibenden zwei Mutationen p.R246C und p.A238P im Fragment 9 wurden unter Verwendung höherer Temperaturen, eines kürzeren Fragmentes oder anderer Polymeraseenzyme (AmpliTaq Gold® bzw. HighFidelity) detektiert. Nach Abschluss der Etablierung der DHPLC konnte eine Sensitivität und Spezifität von 100% erreicht werden. In den Patientenuntersuchungen des Instituts für Humangenetik der Universität Leipzig fanden sich bei 38 Patientenproben vier verschiedene als benigne beschriebene Polymorphismen bei insgesamt 19 Patienten, ein noch nicht veröffentlichter Polymorphismus im Intron 26 sowie eine bis dato nicht beschriebene und als pathogen einzustufende Mutation im Exon 34. In 100 Kontrollen der DNA-Bank des Instituts für Humangenetik der Universität Leipzig konnte der bisher nicht publizierte Polymorphismus im Intron 26 sieben Mal gefunden werden. Die bis dato nicht beschriebene Deletion p.2385_2395del im Exon 34 führt zu einem vorzeitigen Abbruch des ATRX-Proteins und ist somit als sicher pathogen einzustufen. Die Untersuchung der Mutter des Patienten konnte den Konduktorenstatus nachweisen. Für die Familie des betroffenen Patienten konnte mit der vorliegenden Arbeit die Diagnose des ATRX-Syndroms gesichert werden. Die DNA-Proben der Patienten bei denen keine Mutation nachgewiesen werden konnte, sollten bei weiterhin dringendem Verdacht auf das ATRX-Syndrom mittels qRT-PCR bzw. MLPA untersucht werden, um große Deletionen, Insertionen oder Duplikationen auszuschließen. Mithilfe dieser Arbeit gelang die Etablierung der DHPLC für das ATRX-Gen als ökonomische, sehr sensitive und effiziente Methode zur Diagnostik des ATRX-Syndroms. Die Entscheidung, in welcher Form und mit welcher Methode DNA-Proben bei Verdacht auf ATRX-Syndrom untersucht werden, bleibt jedoch eine individuelle Entscheidung jedes Instituts unter Betrachtung der jeweiligen Gegebenheiten vor Ort.

Des mutations dans ATRX, une protéine de remodelage de la chromatine, ont été associées, dans plusieurs études cliniques, avec la voie télomérase-indépendante de maintenance des télomères (voie ALT) dans plusieurs types de cancer. Grâce à des expériences d’immunoprécipitation de chromatine (ChIP), nous avons montré qu’ATRX était localisée au niveau subtélomérique de cellules tumorales humaines en culture. Nous avons également montré, par ChIP, que l’inactivation génétique d’ATRX provoquait une diminution des quantités de cohésine/SMC1 présentes dans les régions subtélomériques. L’inactivation d’ATRX a conduit en outre à une diminution des quantités de TERRA, transcrits non codants de l’ADN télomérique. Nos données suggèrent qu’ATRX pourrait établir des interactions fonctionnelles avec la cohésine au niveau de la chromatine subtelomérique afin de contrôler les niveaux de TERRA et que l’un ou l’autre de ces évènements pourrait avoir un rapport avec la voie ALT. / Mutations in ATRX, a chromatin remodeling protein, have been found, in several clinical studies, associated with the telomerase-independent ALT pathway of telomere maintenance in several types of cancer. Using chromatin immunoprecipitation (ChIP), we have shown that ATRX localized to subtelomeric regions of human tumor cells in culture. Cohesin has recently been shown to be part of telomeric chromatin. Here, using ChIP, we showed that genetic inactivation of ATRX provoked a diminution in the amount of cohesin in subtelomeric regions of telomerase-positive glioma cells. Moreover, inactivation of ATRX also led to a diminution in the amount of TERRAs, non-coding RNAs resulting from transcription of telomeric DNA. Our data suggest that ATRX might establish functional interactions with cohesin on subtelomeric chromatin in order to control TERRA levels and that one or the other or both of these events might be important for ALT mechanisms.

京都大学 / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(理学) / 甲第19527号 / 理博第4187号 / 新制||理||1601(附属図書館) / 32563 / 京都大学大学院理学研究科化学専攻 / (主査)教授 杉山 弘, 教授 三木 邦夫, 教授 藤井 紀子 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Science / Kyoto University / DGAM

Die DNA-Sequenzierung nimmt in der molekulargenetischen Diagnostik seit vielen Jahren einen großen Stellenwert ein. Zeit- und kosteneffektivere Methoden wie die DHPLC wurden seither für verschiedene Gene etabliert. Ziel dieser Arbeit war die Etablierung der DHPLC für das ATRX-Gen bei Patienten mit Verdacht auf das ATRX-Syndrom. Nach erfolgreicher Etablierung der DHPLC sollten im Rahmen dieser Arbeit 38 Patientenproben des Instituts für Humangenetik der Universität Leipzig mit Verdacht auf das ATRX-Syndrom mittels DHPLC und Sequenzierung untersucht werden. Die Etablierung der DHPLC gelang in der vorliegenden Arbeit für alle - das ATRX-Gen vollständig umspannenden - 42 Fragmente. Jede der vorliegenden Sequenzvariationen konnte nach Abschluss der Arbeit detektiert werden. Unter Verwendung von Maxima® stellten sich initial 22 von 24 verschiedenen Sequenzvariationen zum Wildtyp different dar. Die verbleibenden zwei Mutationen p.R246C und p.A238P im Fragment 9 wurden unter Verwendung höherer Temperaturen, eines kürzeren Fragmentes oder anderer Polymeraseenzyme (AmpliTaq Gold® bzw. HighFidelity) detektiert. Nach Abschluss der Etablierung der DHPLC konnte eine Sensitivität und Spezifität von 100% erreicht werden. In den Patientenuntersuchungen des Instituts für Humangenetik der Universität Leipzig fanden sich bei 38 Patientenproben vier verschiedene als benigne beschriebene Polymorphismen bei insgesamt 19 Patienten, ein noch nicht veröffentlichter Polymorphismus im Intron 26 sowie eine bis dato nicht beschriebene und als pathogen einzustufende Mutation im Exon 34. In 100 Kontrollen der DNA-Bank des Instituts für Humangenetik der Universität Leipzig konnte der bisher nicht publizierte Polymorphismus im Intron 26 sieben Mal gefunden werden. Die bis dato nicht beschriebene Deletion p.2385_2395del im Exon 34 führt zu einem vorzeitigen Abbruch des ATRX-Proteins und ist somit als sicher pathogen einzustufen. Die Untersuchung der Mutter des Patienten konnte den Konduktorenstatus nachweisen. Für die Familie des betroffenen Patienten konnte mit der vorliegenden Arbeit die Diagnose des ATRX-Syndroms gesichert werden. Die DNA-Proben der Patienten bei denen keine Mutation nachgewiesen werden konnte, sollten bei weiterhin dringendem Verdacht auf das ATRX-Syndrom mittels qRT-PCR bzw. MLPA untersucht werden, um große Deletionen, Insertionen oder Duplikationen auszuschließen. Mithilfe dieser Arbeit gelang die Etablierung der DHPLC für das ATRX-Gen als ökonomische, sehr sensitive und effiziente Methode zur Diagnostik des ATRX-Syndroms. Die Entscheidung, in welcher Form und mit welcher Methode DNA-Proben bei Verdacht auf ATRX-Syndrom untersucht werden, bleibt jedoch eine individuelle Entscheidung jedes Instituts unter Betrachtung der jeweiligen Gegebenheiten vor Ort.

京都大学 / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(理学) / 甲第20930号 / 理博第4382号 / 新制||理||1630(附属図書館) / 京都大学大学院理学研究科化学専攻 / (主査)教授 杉山 弘, 教授 三木 邦夫, 教授 秋山 芳展 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Science / Kyoto University / DGAM

Le rôle fonctionnel des transcrits de l’hétérochromatine péricentromérique reste à ce jour largement incompris chez les eucaryotes supérieurs. Néanmoins, il a été montré que ces transcrits sont soumis à un contrôle très précis, fonction du cycle cellulaire. La régulation de la transcription est fortement contrôlée par la structure de la chromatine qui peut être modifiée localement en changeant la composition biochimique du nucléosome, notamment par l’utilisation des variantes d’histones. L’objectif de ma thèse a été de mieux comprendre le rôle de la protéine chaperonne d’histone DAXX et de sa variante d’histone H3.3 dans la régulation de la transcription des séquences répétées péricentromériques. Par la méthode de purification TAP-TAG, les partenaires spécifiques de DAXX ont été identifiés à partir d’extraits solubles nucléaires de fibroblastes embryonnaires murins. Ces analyses ont mis en évidence que CAF-1, classiquement associé à H3.1, et les facteurs de remodelage de la chromatine ATRX et CHD4 interagissent spécifiquement avec DAXX. Le rôle de ces protéines dans le contrôle de la transcription de l’hétérochromatine péricentromérique a ensuite été mis en évidence par une approche combinant l’interférence ARN et la Q-PCR. Enfin, les résultats suggèrent fortement que ces mécanismes de régulation ont lieu au niveau des corps nucléaires PML. L’ensemble de ces données montre qu’il existe une régulation spatio-temporel très fine de la structure de la chromatine régulant la transcription de l’hétérochromatine péricentromérique. / The functional role of pericentromeric heterochromatin transcripts remains largely unknown in higher eukaryotes. Nevertheless, it has been shown that these transcripts are subject to very precise control, depending on the cell cycle. Regulation of transcription is tightly controlled by chromatin structure that can be modified locally by changing the biochemical composition of the nucleosome, including the use of histone variants. The aim of my thesis was to better understand the role of the histone chaperone protein DAXX and its histone variant H3.3 in the regulation of transcription of pericentromeric repeats. By the method of TAP-TAG purification, DAXX specific partners were identified from soluble nuclear extracts of murine embryonic fibroblasts. These analyzes revealed that CAF-1, classically associated with H3.1, and the chromatin remodeling factors, ATRX and CHD4, specifically interact with DAXX. The role of these proteins in the control of transcription of pericentromeric heterochromatin was then highlighted by an approach combining RNAi and Q-PCR. Finally, the results strongly suggest that these regulatory mechanisms take place at PML nuclear bodies. Taken together, these data show that there is a spatio-temporal regulation of the fine structure of chromatin regulates transcription of pericentromeric heterochromatin.

L'établissement de latence du virus de l'Herpès simplex 1 (HSV1) est contrôlé par les corps nucléaires PML (PML-NBs) mais leur implication exacte reste encore confuse. Une des caractéristiques majeures de la latence du virus est l'interaction entre le génome viral et les PML-NBs formant des structures nommées viral DNA-containing PML-NBs (vDCP-NBs). L'utilisation d'un modèle d'infection de fibroblastes primaires humains, qui reproduit la formation des vDCP-NBs, combinée à une approche par immuno-FISH, a permis de montrer que les vDCP-NBs contiennent l'histone H3.3 et ses chaperons, les complexes DAXX-ATRX et HIRA. La protéine HIRA a été également observé au sein des vDCP-NBs dans les neurones des ganglions trijumeaux de souris infectées par HSV1. Des expériences de ChIP-qPCR dans des cellules exprimant H3.3 ou H3.1 tagguées, nous a permis de déterminer que le génome viral est spécifiquement chromatinisé avec l'histone H3.3. La déplétion d'une seule protéine des complexes chaperons de H3.3 affecte légèrement l'incorporation de H3.3 dans les génomes viraux latents. Au contraire, l'absence de PML diminue significativement la chromatinisation H3.3 du génome HSV-1 latent sans remplacement par H3.1. Cette étude démontre une régulation épigénétique du génomes HSV1 latent par une chromatinisation dépendante de H3.3 impliquant les complexes chaperons DAXX-ATRX et HIRA. De plus, cette étude révèle un rôle majeur des PML-NBs dans la chromatinisation H3.3 des génomes HSV1 latent / Herpes simplex virus 1 (HSV-1) latency establishment is tightly controlled by PML nuclear bodies (PML-NBs) although their exact implication is still elusive. A hallmark of HSV-1 latency is the interaction between latent viral genomes and PML-NBs leading to the formation of viral DNA-containing PML-NBs (vDCP-NBs). Using a replication defective HSV-1 infected human primary fibroblast model reproducing the formation of vDCP-NBs, combined with an IF-FISH approach developed to detect latent HSV-1, we show that vDCP-NBs contain both histone H3.3 and its chaperone complexes, i.e. the DAXX/ATRX and the HIRA complex. HIRA was also detected co-localizing with vDCP-NBs present in trigeminal ganglia neurons from HSV-1 infected WT mice. ChIP-qPCR performed on fibroblasts stably expressing tagged H3.3 or H3.1 show that latent HSV1 genomes are chromatinized almost exclusively with H3.3. Depletion of single proteins from the H3.3 chaperone complexes only mildly affects H3.3 deposition on the latent HSV1 genome. In contrast, absence of PML significantly impacts on the chromatinization of the latent genomes with H3.3 without replacement with H3.1. Consequently, the study demonstrates a specific epigenetic regulation of latent HSV-1 through an H3.3-dependent HSV-1 chromatinization involving both H3.3 chaperones DAXX/ATRX and HIRA complexes. Additionally, the study reveals that PML-NBs are major actors of the latent HSV-1 H3.3 chromatinization through a PML-NBs/histone H3.3/H3.3 chaperones axis