Le gène est défini comme une unité fonctionnelle de l'hérédité. En effet, les gènes, transcrits en ARN, codent pour des protéines qui assurent l'essentiel des fonctions cellulaires. Cependant, les gènes ne représentent que 2% du génome humain. Ainsi, notre génome est presque exclusivement composé d'ADN non codant (ADNnc) qui, en raison d'une absence apparente de fonction (c'est-à-dire de transcription et de traduction), est également connu sous le terme peu élogieux d' « ADN poubelle ». De manière surprenante, la quantité d'ADNnc présente dans les cellules est proportionnelle au degré de complexité des organismes, suggérant ainsi que cet ADNnc pourrait avoir une fonction. En particulier, les centromères et des péricentromères, qui contiennent des séquences d'ADNnc de type satellite, permettent la ségrégation correcte de chromatides sœurs lors de la mitose. De plus des études récentes réalisées chez la levure S.pombe montrent que les régions péricentromériques peuvent être transcrites. Les ARNnc ainsi produits participent à l'établissement et au maintien de l'hétérochromatine péricentromérique. Bien que les mécanismes impliqués dans ces processus soient en grande partie identifiés, très peu de choses sont connues quant à la capacité transcriptionnelle de ces séquences satellites chez d'autres espèces.<br /><br />Ainsi, l'objectif de ma thèse a été d'évaluer le potentiel transcriptionnel des séquences satellites du génome humain.<br /><br />A mon arrivée dans le laboratoire, l'équipe du Pr Claire Vourc'h était particulièrement engagée dans ce projet puisqu'elle venait de mettre en évidence la transcription des séquences satellites 3 du locus 9q12 au cours de la réponse au stress. Mon travail de thèse m'a conduit à approfondir cette étude en identifiant de nouvelles séquences satellites dont la transcription est induite par le stress thermique. Par ailleurs, j'ai développé la première approche trancriptomique dédiée à l'expression des séquences satellites du génome humain : la RepChip. Le modèle de la réponse au stress m'a permis de valider cet outil. Ainsi, j'ai pu identifier non seulement de nouveaux contextes cellulaires permettant l'expression de ces séquences mais également deux mécanismes indépendants impliqués dans leur transcription. En particulier, un lien entre la capacité transcriptionnelle de ces séquences et des modifications de l'épigénome a pu être établi. Finalement, j'ai identifié un modèle d'inhibition de la transcription des séquences satellites au cours du choc thermique, le syndrome ICF (Immunodeficiency, Centromeric instability and Facial anomalies).

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.

Dans les cellules de souris, l'hétérochromatine péricentromérique, caractérisée par les répétitions des satellites majeurs et une signature épigénétique spécifique, la triméthylation de l'histone H3 sur la lysine 9 (H3K9me3), est organisée en structures nucléaires particulières appelées chromocentres. Cette région est transcriptionnellement active, produisant des ARN non-codants. Pour caractériser le profil transcriptionnel des satellites majeurs, nous avons utilisé des oligonucléotides LNA séquence spécifiques, pour des expériences de northern blot. Nous avons mis en évidence un profil de transcription complexe, révélé avec les sondes conçues pour cibler les deux brins des répétitions des satellites majeurs. Ce profil est modulé en réponse au choc thermique, condition dans laquelle un court ARN transcrit par l'ARN polymérase III, est surexprimé. Cependant, des problèmes de spécificité inhérents à l'utilisation de ces sondes LNA, ne nous ont pas permis de confirmer que les transcrits détectés ont pour origine les satellites majeurs. La seconde partie de ce travail a consisté en l'étude de l'impact de la modification ciblée de H3K9me3 aux satellites majeurs par une protéine TALE fusionnée à l'histone déméthylase mJMJD2D. Nous avons montré que le signal H3K9me3 est aboli dans les cellules transfectées avec cette protéine TALE. La déméthylation provoque des changements morphologiques des chromocentres, tels que l'augmentation de la taille des foci de satellites majeurs, accompagnés par la diminution de leur nombre, suggérant la fusion de plusieurs chromocentres. / In mouse cells, pericentromeric heterochromatin, characterized by major satellite repeats and a specific epigenetic signature, the trimethylation of the histone H3 at lysine 9 (H3K9me3) is organised in particular nuclear structures called chromocenters. This region is actively transcribed, producing non-coding RNA. To investigate the transcriptional profile of major satellites, we made used of the sequence specific LNA modified oligonucleotides in northern blot experiments. We have shown that a complex transcriptional pattern is revealed with the probes designed to target both strands of the major satellite repeat. This pattern is modified in response to heat shock, in which we reveal that a short, RNA polymerase III-transcribed RNA is overexpressed. However, specificity problems encountered with the use of these LNA probes inabled us to confirm with certainty the major satellite origin of the detected transcripts. The second part of this work consisted in the studying of the impact of the targeted modification of the H3K9me3 at the major satellites by a TALE protein fused to a histone demethylase, mJMJD2D. We have shown that the H3K9me3 signal is abolished in the cells transfected with this TALE protein. The demethylation triggers morphological changes of the chromocenters such as the increase of the major satellite foci size, that are accompanied by the decrease in the foci number, suggesting the merging of several chromocenters.

La microscopie par fluorescence de cellules vivantes produit de grandes quantités de données. Ces données sont composées d’une grande diversité au niveau de la forme des objets d’intérêts et possèdent un ratio signaux/bruit très bas. Pour concevoir un pipeline d’algorithmes efficaces en traitement d’image de microscopie par fluorescence, il est important d’avoir une segmentation robuste et fiable étant donné que celle-ci constitue l’étape initiale du traitement d’image. Dans ce mémoire, je présente MinSeg, un algorithme de segmentation d’image de microscopie par fluorescence qui fait peu d’assomptions sur l’image et utilise des propriétés statistiques pour distinguer le signal par rapport au bruit. MinSeg ne fait pas d’assomption sur la taille ou la forme des objets contenus dans l’image. Par ce fait, il est donc applicable sur une grande variété d’images. Je présente aussi une suite d’algorithmes pour la quantification de petits complexes dans des expériences de microscopie par fluorescence de molécules simples utilisant l’algorithme de segmentation MinSeg. Cette suite d’algorithmes a été utilisée pour la quantification d’une protéine nommée CENP-A qui est une variante de l’histone H3. Par cette technique, nous avons trouvé que CENP-A est principalement présente sous forme de dimère. / Live-cell fluorescence microscopy produces high amounts of data with a high variability in shapes at low signal-to-noise ratio. An efficient design of image analysis pipelines requires a reliable and robust initial segmentation step that needs little parameter fine-tuning. Here, I present a segmentation algorithm called MinSeg for fluorescence image data that relies on minimal assumptions about the image, and uses statistical considerations to distinguish signal from background. More importantly, the algorithm does not make assumptions about feature size or shape, and is thus universally applicable. I also present a pipeline for the quantification of small complexes with single-molecule fluorescence microscopy using this segmentation algorithm as the first step of the workflow. This pipeline was used for the quantification of a small histone H3 variant protein called CENP-A. We found that the CENP-A nucleosomes are dimers.

Le virus Herpes Simplex de type 1 (HSV-1) possède un mode d'infection particulier dit bimodal. Il peut soit se répliquer de manière active lors d'une phase dite lytique soit migrer dans les neurones et rester en latence. Il peut réactiver pour rétablir une infection lytique. Une protéine virale majeure dans la réactivation de HSV-1 est ICP0. C'est une protéine nucléaire à activité E3 ubiquitine ligase, qui possède la particularité d'induire la dégradation par le protéasome de plusieurs protéines centromériques constitutives, ce qui provoque une déstabilisation du centromère interphasique. Mon équipe a découvert une réponse cellulaire à l'instabilité centromérique, induite par la protéine ICP0, et nommée iCDR (pour interphase Centromere Damage Response.). L'objectif général de ma thèse est de déterminer les modifications structurales que subissent les centromères endommagés par ICP0 à l'origine de l'iCDR et probablement de la réactivation. J'ai pu démontrer qu'ICP0 affectait toute la structure protéique étroitement associée aux centromères durant l'interphase. Suite à ces résultats, j'ai pu démontrer, par des analyses de digestion de chromatine à la nucléase microccocale (MNAse), que l'occupation nucléosomique de la chromatine centromérique suite à l'activité d'ICP0 était affectée de façon significative. Une étude in vivo effectuée à partir de tissus nerveux provenant de souris infectées de manière latente, a permis de démontrer une co-localisation entre les génomes HSV-1 latents et les centromères. Cette co-localisation est associée à une répression transcriptionnelle du virus. Les résultats de ma thèse montrent donc que les effets d'ICP0 sur la déstabilisation des centromères sont en relation avec un rôle de ces centromères durant la latence. Ceci suggère fortement une implication de la déstabilisation des centromères dans le processus de réactivation contrôlé par ICP0.

Le syndrome de Bloom (BS) est une maladie génétique rare caractérisée par une forte augmentation du taux d'échanges entre chromatides soeurs, des anomalies de ségrégation des chromosomes et une prédisposition au développement de tous types de cancers. Ce syndrome est la conséquence de mutations dans les deux copies du gène BLM, codant pour une 3'-5' ADN hélicase de type RecQ. La ou les fonctions de la protéine BLM sont encore mal définies mais les données de la littérature convergent vers un rôle de BLM dans des mécanismes de surveillance et/ou maintien de l'intégrité du génome. La protéine BLM serait impliquée dans le redémarrage de fourches de réplication bloquées pendant la phase S et serait nécessaire à la résolution de ponts anaphasiques en mitose, notamment de ponts particuliers appelées " UltraFine anaphase Bridges " (UFBs). Ces UFBs, qui relient les chromatides soeurs entre elles, ne sont pas détectables par les colorants classiques et leur présence ne peut-être révélée que par la détection des protéines PICH (Plk1-Interacting Checkpoint Helicase) ou BLM. A l'état basal, ces UFBs sont essentiellement d'origine centromérique (cUFBs).Tout l'enjeu de mon projet était de déterminer si BLM était également impliquée dans la prévention de la formation de ces cUFBs et donc si BLM jouait un rôle avant l'anaphase. Nous avons montré que BLM est recrutée aux centromères de la phase G2 jusqu'en mitose. BLM, en coopération avec la protéine PICH, est nécessaire (1) à l'organisation structurale de l'ADN centromérique, (2) à la disjonction complète des centromères, indépendamment de la voie des cohésines, suggérant une implication de ces protéines dans le processus de décaténation des centromères et (3) au recrutement de la topoisomérase IIa (Topo IIa) active aux centromères.Nos résultats révèlent ainsi une nouvelle localisation et une nouvelle fonction de la protéine BLM aux centromères et montrent pour la première fois l'implication des protéines BLM et PICH dans la décaténation centromérique avant l'anaphase. Nous proposons que BLM et PICH, par leurs activités respectives hélicase et de remodelage de la chromatine, modifient la structure des centromères pendant la pré-métaphase, rendant ainsi certaines caténations accessibles à la Topo IIa avant l'anaphase. La défaillance de ce mécanisme entraînerait la persistance de caténations centromériques non résolues avant l'anaphase. Ainsi, dans les cellules BS, la fréquence élevée de cUFBs aurait deux origines différentes : une partie correspondrait à des cUFBs formés du fait d'une décaténation défaillante des centromères avant l'anaphase, et l'autre partie correspondrait à des cUFBs " physiologiques " non résolus en anaphase. Afin de distinguer l'origine des cUFBs, nous avons appelé ceux issus de caténations non résolues avant l'anaphase les UFBs centromériques surnuméraires (SC-UFBs pour Supernumerary Centromeric UFBs).

Les régions centromériques reposent, chez les Primates, sur une famille de séquences répétées en tandem appelée l'ADN alpha satellite. Les monomères de cet ADN (≈170 pb) se sont diversifiés au cours de l'évolution, formant des familles de séquences aux profils d'organisation et distribution variés. La diversité des alphas satellites chez les primates non-humains reste cependant peu caractérisée, et la compréhension de la dynamique évolutive de cet ADN nécessite son intégration dans de plus larges analyses comparatives. Les Cercopithèques, qui présentent une évolution chromosomique originale par fissions et émergences de nouveaux centromères, apparaissent comme des modèles d'étude prometteurs.Nous avons appliqué une nouvelle technologie de séquençage à des monomères et dimères d'alpha satellites, isolés à partir des génomes de Cercopithecus solatus (2n = 60) et C. pogonias (2n = 72). Ces deux espèces appartiennent à des lignées primaires distinctes au sein des Cercopithèques, et ont divergé l'une de l'autre il y a plusieurs millions d'années. L'analyse computationnelle des séquences collectées a permis la caractérisation de six familles d'alpha satellites, dont quatre sont partagées entre espèces et deux ne sont retrouvées que chez C. pogonias. Au moins trois familles seraient impliquées dans des répétitions d'ordre supérieur, profil d'organisation jusque-là inconnu dans l'ADN alpha satellite des Cercopithèques. L'hybridation in situ en fluorescence des familles identifiées, réalisée grâce à des sondes oligonucléotidiques hautement discriminantes, a permis de visualiser leur distribution sur les chromosomes de C. solatus et C. pogonias. Certaines de ces familles se distribuent différentiellement entre chromosomes, révélant l'existence d'une diversité interchromosomique de l'ADN alpha satellite chez les singes de l'Ancien Monde. Leurs positions sur les régions centromériques vont en faveur de l'hypothèse du gradient d'âge des alphas satellites, selon laquelle les familles se forment aux centromères en déplaçant les familles préexistantes vers les péricentromères. L'extension de cette analyse cytogénétique à quinze espèces et l'interprétation de ses résultats à la lumière d'une phylogénie moléculaire, nouvellement reconstruite, nous ont permis de proposer un scénario évolutif pour l'ADN alpha satellite chez les Cercopithèques. Celui-ci apparaît évoluer de manière concertée avec les chromosomes, se diversifiant et se déplaçant sur les régions centromériques à mesure que ces derniers se fissionnent et voient l'émergence de nouveaux centromères. Ces travaux ont enfin apporté des informations nouvelles quant aux relations de parenté entre Cercopithèques, invitant à une intégration de l'ADN alpha satellite dans l'étude de l'histoire évolutive des Primates. L'approche méthodologique mise au point a permis de caractériser la diversité et de comprendre l'évolution de l'ADN alpha satellite chez les Cercopithèques. Elle pourra être appliquée à l'étude de ces séquences particulières chez d'autres primates, ainsi qu'à l'étude de différents satellites chez des espèces primates comme non-primates. / Alpha satellite DNA is the main family of tandemly repeated sequences lying in primate centromere regions. Alpha satellite monomers (≈170 bp) diversified during the course of evolution, forming distinct families of alpha satellite sequences that exhibit specific organizational and distribution patterns. The limited amount of studies concerning non-human primates is a restriction to the understanding of alpha satellite evolutionary dynamics, which calls for the integration of this element into comparative studies. Cercopithecini, which display an unusual chromosomal evolution by multiple fissions and new centromere formations, constitute a promising study model.We carried out next generation sequencing of alpha satellite monomers and dimers isolated from the Cercopithecus solatus (2n = 60) and C. pogonias (2n = 72) genomes. These species belong to different primary lineages within the Cercopithecini tribe and diverged from each other several million years ago. Computational tools were used to analyze the collected sequences and characterize six alpha satellite families, four of them being shared between species and two being limited to C. pogonias. At least three families belong to higher order repeats, an organizational pattern that had never been observed in Cercopithecini. The fluorescence in situ hybridization of each family, performed with highly discriminant oligonucleotide probes, showed their distribution on C. solatus and C. pogonias chromosomes. Some of them distribute on distinct sets of chromosomes, disclosing the existence of alpha satellite interchromosomal diversity in Old World monkeys. Their position along centromeric regions is largely in accordance with the age-gradient hypothesis, according to which new families expand at centromere, thereby splitting and displacing older families toward pericentromeres. The extension of this analysis to fifteen species, combined to a newly reconstructed molecular phylogeny, allowed us to propose an evolutionary scenario for alpha satellite DNA in Cercopithecini. Alpha satellite DNA diversification and displacement on centromere regions appear intimately connected to chromosome rearrangement dynamics, including new centromere formations, which suggests that centromeres and chromosomes evolve in a concerted manner. Finally, this work provided information about Cercopithecini relationships and thus encourages the integration of alpha satellite DNA into the study of primate evolutionary history.Our new methodological approach allowed deciphering alpha satellite diversity and dynamics in Cercopithecini. This framework could be used to study alpha satellite DNA in other primates, and be applied to different satellites in primates as in non-primate species.

Le virus Herpes Simplex de type 1 (HSV-1) possède un mode d’infection particulier dit bimodal. Il peut soit se répliquer de manière active lors d’une phase dite lytique soit migrer dans les neurones et rester en latence. Il peut réactiver pour rétablir une infection lytique. Une protéine virale majeure dans la réactivation de HSV-1 est ICP0. C’est une protéine nucléaire à activité E3 ubiquitine ligase, qui possède la particularité d’induire la dégradation par le protéasome de plusieurs protéines centromériques constitutives, ce qui provoque une déstabilisation du centromère interphasique. Mon équipe a découvert une réponse cellulaire à l’instabilité centromérique, induite par la protéine ICP0, et nommée iCDR (pour interphase Centromere Damage Response.). L’objectif général de ma thèse est de déterminer les modifications structurales que subissent les centromères endommagés par ICP0 à l’origine de l’iCDR et probablement de la réactivation. J’ai pu démontrer qu’ICP0 affectait toute la structure protéique étroitement associée aux centromères durant l’interphase. Suite à ces résultats, j’ai pu démontrer, par des analyses de digestion de chromatine à la nucléase microccocale (MNAse), que l’occupation nucléosomique de la chromatine centromérique suite à l’activité d’ICP0 était affectée de façon significative. Une étude in vivo effectuée à partir de tissus nerveux provenant de souris infectées de manière latente, a permis de démontrer une co-localisation entre les génomes HSV-1 latents et les centromères. Cette co-localisation est associée à une répression transcriptionnelle du virus. Les résultats de ma thèse montrent donc que les effets d’ICP0 sur la déstabilisation des centromères sont en relation avec un rôle de ces centromères durant la latence. Ceci suggère fortement une implication de la déstabilisation des centromères dans le processus de réactivation contrôlé par ICP0. / The Herpes Simplex type 1 (HSV-1) virus possesses a bimodal mode of infection. It can either replicates in an active way during the lytic cycle, or it can infect neurons and stay in latency. HSV-1 reactivates from latently infected neurons for re-establishing a lytic infection. A major viral protein implicated in reactivation is ICP0. It is a nuclear E3 ubiquitin-ligase, which has the particularity to induce the proteasome-mediated degradation of several constitutive centromeric proteins. This activity severely destabilizes the interphase centromere. My team has discovered a novel cellular response triggered by the estabilization of centromeres by ICP0, called iCDR (interphase Centromere Damage Response). The general aim of my thesis is to determine the centromere structural modifications induced by ICP0 that can trigger the iCDR and probably the reactivation. I was able to demonstrate that ICP0 affected the entire proteinacious structure of interphase centromeres. Following this, I showed by micrococcal nuclease (MNase) digestion approach that the nucleosomal organization of centromeric chromatin was significantly affected by ICP0. An in vivo study in nervous tissues coming from latently infected mice enabled to show a co-localization between latent HSV-1 genomes and centromeres. This co-localisation is linked to a transcriptional repression of the virus. The results of my thesis show that the destabilization of centromere by ICP0 correlates with a role of the centromeres during latency. This strongly suggests an implication of centromere destabilization in the ICP0-controlled reactivation process.

Le centromère est le site chromosomal où le kinetochore se forme, afin d’assurer une ségrégation fidèles des chromosomes et ainsi maintenir la ploïdie appropriée lors de la mitose. L’identité du centromere est héritée par un mécanisme épigénétique impliquant une variante de l’histone H3 nommée centromere protein-A (CENP-A), qui remplace l’histone H3 au niveau de la chromatine du centromère. Des erreurs de propagation de la chromatine du centromère peuvent mener à des problèmes de ségrégation des chromosomes, pouvant entraîner l’aneuploïdie, un phénomène fréquemment observé dans le cancer. De plus, une expression non-régulée de CENP-A a aussi été rapportée dans différentes tumeurs humaines. Ainsi, plusieurs études ont cherchées à élucider la structure et le rôle de la chromatine contenant CENP-A dans des cellules en prolifération. Toutefois, la nature moléculaire de CENP-A en tant que marqueur épigénétique ainsi que ces dynamiques à l'extérieur du cycle cellulaire demeurent des sujets débat. Dans cette thèse, une nouvelle méthode de comptage de molécules uniques à l'aide de la microscopie à réflexion totale interne de la fluorescence (TIRF) sera décrite, puis exploitée afin d'élucider la composition moléculaire des nucléosomes contenant CENP-A, extraits de cellules en prolifération. Nous démontrons que les nucléosomes contenant CENP-A marquent les centromères humains de façon épigénétique à travers le cycle cellulaire. De plus, nos données démontrent que la forme prénucléosomale de CENP-A, en association avec la protéine chaperon HJURP existe sous forme de monomère et de dimère, ce qui reflète une étape intermédiaire de l'assemblage de nucléosomes contenant CENP-A. Ensuite, des analyses quantitatives de centromères lors de différenciation myogénique, et dans différents tissus adultes révèlent des changements globaux qui maintiennent la marque épigénétique dans une forme inactive suite à la différentiation terminale. Ces changements incluent une réduction du nombre de points focaux de CENP-A, un réarrangement des points dans le noyau, ainsi qu'une réduction importante de la quantité de CENP-A. De plus, nous démontrons que lorsqu'une dédifférenciation cellulaire est induite puis le cycle cellulaire ré-entamé, le phénotype "différencié" décrit ci-haut est récupéré, et les centromères reprennent leur phénotype "prolifératif". En somme, cet oeuvre décrit la composition structurale sous-jacente à l'identité épigénétique des centromères de cellules humaines lors du cycle cellulaire, et met en lumière le rôle de CENP-A à l'extérieur du cycle cellulaire. / The centromere is a unique chromosomal locus where the kinetochore is formed to mediate faithful chromosome partitioning, thus maintaining ploidy during cell division. Centromere identity is inherited via an epigenetic mechanism involving a histone H3 variant, called centromere protein-A (CENP-A) which replaces histone H3 in centromeric chromatin. Defects in the centromeric chromatin can lead to missegregation of chromosomes resulting in aneuploidy, a ¬¬frequently observed phenomenon in cancer. Moreover, deregulated CENP-A expression has also been documented in a number of human malignancies. Therefore, much effort has been devoted to uncover the structure and role of CENP-A-containing chromatin in proliferating cells. However, the molecular nature of this epigenetic mark and its potential dynamics during and outside the cell cycle remains controversial. In this thesis, the development of a novel single-molecule imaging approach based on total internal reflection fluorescence and the use of this assay to gain quantitative information about the molecular composition of CENP-A-containing nucleosomes extracted from proliferating cells throughout the cell cycle as well as the dynamics and cellular fate of CENP-A chromatin in terminal differentiation are described. Here, we show that octameric CENP-A nucleosomes containing core Histones H2B and H4 epigenetically mark human centromeres throughout the cell cycle. Moreover, our data demonstrate that the prenucleosomal form of CENP-A bound by the chaperone HJURP transits between monomeric and dimeric forms likely reflecting intermediate steps in CENP-A nucleosomal assembly. Moreover, quantitative analyses of centromeres in myogenic differentiation and adult mouse tissue sections revealed that centromeres undergo global changes in order to retain a minimal CENP-A epigenetic code in an inactive state, upon induction of terminal differentiation. These include a robust decrease in the number of centromeric foci, subnuclear rearrangement as well as extensive loss of CENP-A protein. Interestingly, we show that forced dedifferentiation under cell cycle reentry permissive conditions, rescued the above-mentioned phenotype concomitantly with the restoration of cell division. Altogether, this work delineates the structural basis for the epigenetic specification of human centromeres during the cell cycle and sheds light on the cellular fate of the CENP-A epigenetic code outside the cell cycle.

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