La différenciation et le développement requièrent une régulation fine de l’expression desgènes, médiée en partie par les modifications épigénétiques. Parmi les modificationsd’histones, la chromatine bivalente, signature chromatinienne atypique associant lesmarques permissive H3K4me2/3 et répressive H3K27me3, est de par sa plasticité, pressentiepour jouer un rôle décisionnel dans l’acquisition d’une identité cellulaire. Pour étudier le rôlede la chromatine bivalente au cours du développement, nous avons choisi d’utiliserl’empreinte parentale. Ce cadre développemental bien caractérisé, conduit à l’expression decertains gènes à partir d’un seul des deux allèles selon son origine parentale. La méthylationdifférentielle de l’ADN d’une région clé, appelée ICR (Imprinting Control Region), bienqu’absolument requise pour l’expression mono-allélique de ces gènes, n’est pas suffisantepour rendre compte de la complexité du profil d’expression de ces gènes suggérantl’implication d’autres mécanismes. Sur 15 ICR méthylés sur l’allèle maternel, nous avonsprécisément mis en évidence que la chromatine bivalente est présente par défaut sur l’allèlenon-méthylé lorsque celui-ci est transcriptionnellement inactif, quel que soit le stadedéveloppemental ou le tissu étudié, participant ainsi à la régulation fine de l’expressiontissu-spécifique à partir de ces régions. Dans leur ensemble, nos données révèlent que lachromatine bivalente joue un rôle moins dynamique que pressentie. Ainsi, au niveau del’empreinte parentale, sa fonction principale serait de protéger l’allèle non-méthylé des ICRcontre l’acquisition de méthylation tout en aidant à le maintenir réprimé dans certainstissus. Nous proposons que la chromatine bivalente joue un rôle similaire sur l’ensemble desîlots CpG du génome, contribuant ainsi à la protection de l’identité cellulaire. Afin decompléter cette première étude, j’ai étudié la régulation de l’expression d’un candidat de larégulation de la dynamique de la chromatine bivalente, l’histone déméthylase pourH3K27me3, JMJD3. Les résultats obtenus suggèrent que l’induction d’expression observéeau cours de la différenciation neurale s’appuie sur une dynamique de la structuretridimensionnelle de la chromatine qui pourrait elle-même être régulée par la transcriptiond’un eARN (enhancer ARN) et l’hydroxyméthylation. Ce modèle souligne un mode derégulation complexe de ce nouvel acteur épigénétique, impliquant des régionsintragéniques, et pourrait notamment permettre de comprendre les mécanismes impliquésdans sa dérégulation dans les cancers. / Fine-tuned regulation of gene expression is required for cell fate determination anddevelopment. Epigenetics modifications are well documented to be instrumental in thisprocess. Among them, bivalent chromatin, an unusual chromatin signature, which associatesthe permissive mark H3K4me2/3 and the repressive mark H3K27me3, is believed to arbitrategene expression during cell commitment. To study its precise role in development, we haveundertaken to study bivalency in the context of genomic imprinting. This well-defineddevelopmental frame is a process restricting expression of some genes to one parental alleleonly. The constitutive differential DNA methylation at the key region called ICR (ImprintingControl Region), is absolutely required but not sufficient to explain the complexity of themono-allelic expression pattern of imprinted genes, indicating that other mechanisms couldbe involved. Specifically, on 15 maternally methylated ICR, we showed that bivalentchromatin is acquired by default on the unmethylated allele of ICR when it istranscriptionally inactive whatever the developmental stage or the tissue studied and thuscontribute to tissue-specific expression from these regions. Altogether, our results revealthat chromatin bivalency is much less dynamic than proposed. In the context of genomicimprinting, it seems to plays more a safeguard function at ICR by protecting theunmethylated allele against DNA methylation acquisition while keeping it silent in a subsetof tissues. To complete this study, I studied the regulation of JMJD3, a histone demethylasefor H3K27me3, candidate to regulate bivalency dynamic. Our results suggest that theinduction of Jmjd3 expression observed during neural differentiation rely on the dynamic ofthe tridimensional architecture at the locus which could be regulated by the transcription ofan eRNA (enhancer RNA) and by hydroxymethylation. This model highlight a complex way ofregulation for this new epigenetics actor, involving intragenic regions and could help tounderstand how Jmjd3 expression is deregulated in a pathological context such as in cancer.

Les plantes sont des organismes sessiles qui présentent plusieurs caractéristiques leur permettant de s'adapter rapidement aux variations de conditions environnementales. En particulier la lumière représente une source d’information essentielle utilisée tout au long du cycle de vie pour ajuster leur développement. Cette thèse avait pour objet l’étude de l’impact des mécanismes chromatiniens dans la régulation de l’expression des gènes pouvant influencer l’adaptabilité des plantes aux variations de signaux lumineux, à travers deux types de réponses caractérisées par des échelles de temps différentes chez la plante modèle Arabidopsis thaliana. La première étude portait sur des processus chromatiniens dynamiques participant à la régulation de l’expression génique, et utilisait comme modèle le dé‐étiolement. La triméthylation de la lysine 4 de l’histone H3 (H3K4me3), une modification posttraductionnelle généralement associée à un état transcriptionnel actif a été plus particulièrement étudiée. Afin de mieux connaître cette voie, le gène SWD2‐Like b (S2Lb) a été caractérisé. Il s’agit d’un nouveau partenaire de complexes COMPASS‐like et un déterminant important du niveau global de H3K4me3. L’analyse de plantes dans lesquelles ce gène est inactivé a montré qu’un défaut d’accumulation de H3K4me3 corrélait avec une induction plus faible de gènes de réponse à la lumière au cours du dé‐étiolement. Ces résultats et les nouveaux outils obtenus constituent une base solide pour étudier l’influence de cette marque et des facteurs associés sur la modulation fine de l’expression génique en relation avec d’autres marques chromatiniennes. La seconde étude cherchait à déterminer l’impact des variations épigénétiques sur la capacité des plantes à induire un syndrome d’évitement de l’ombre, une réponse adaptative à des conditions de lumière défavorables produites par des compétiteurs. Un phénotypage à grande échelle dans deux conditions de lumière induisant des réponses opposées a été réalisé sur une population de lignées recombinantes inbred (epiRIL), dans laquelle les variations épigénétiques (méthylation de l’ADN) sont maximisées mais les variations de séquence nucléotidique sont minimes. Une plus grande variation phénotypique ainsi qu’une plus grande amplitude dans la capacité de réponse à l’ombre ont été observées dans la population epiRIL. De plus, une cartographie QTL a permis d’identifier une région au début du chromosome 3 spécifiquement associée à la réponse d’évitement de l’ombre. Bien qu’une caractérisation plus fine soit nécessaire, le locus impliqué pourrait correspondre à une première description de QTL « épigénétique » influençant la plasticité phénotypique des plantes en réponse à une variation des conditions de l’environnement. / Plants are sessile organisms that successfully face variations of the environment by taking advantage of their ability to adapt their physiology and morphology. In particular, light perception constitutes an essential source of information used throughout their life cycle to fine‐tune development. The work presented was aimed at studying the role of chromatin‐associated mechanisms on adaptive responses to light cues at two different timescales in the model plant species Arabidopsis thaliana. In a first part, the role of chromatin dynamics in the regulation of gene expression was assessed during de‐etiolation, a developmental transition of seedlings that is triggered upon the first perception of light. It focused mainly on the trimethylation of histone H3 at lysine 4 (H3K4me3), a post‐translational modification associated with transcriptionally active states. To gain new insights into this pathway, the SWD2‐Like b (S2Lb) gene was characterized and shown to represent a new partner of plant COMPASS‐like complexes and a major determinant of H3K4me3 in A.thaliana. Loss‐of‐function plant lines for the S2Lb gene revealed that a default in H3K4me3 enrichment correlates with impaired inducibility of several light‐responsive genes during de‐etiolation. The findings described here set the bases to investigating how this mark and the associated factors influence the modulation of gene expression in relation with other chromatin marks. The second part of this thesis was aimed at assessing the impact of epigenetic variation on the capacity of plants to undergo the shade‐avoidance response (SAR), an adaptive developmental response to unfavorable light conditions produced by competitors. A population of epigenetic Recombinant Inbred Lines (epiRILs), in which epigenetic variation (DNA cytosine methylation) is maximized and nucleotidic sequence variation is minimized, was used for a large‐scale phenotyping under two light conditions triggering opposite responses. The epiRIL population exhibited larger amplitude of phenotypic variation than wild‐type parents in each condition as well as a wider range of response to shade. A region at the beginning of chromosome 3 was identified by QTL mapping to specifically associate to the SAR. Though it remains to be characterized, the locus involved may represent a first “epigenetic QTL” influencing phenotypic plasticity in response to environmental changes.

Au cours de la gestation précoce, la régulation de la physiologie endométriale est cruciale au bon déroulement de l’implantation. Chez les mammifères, une famille de facteurs de transcription est fortement impliquée dans la régulation de la physiologie endométriale, les facteurs STAT. Chez la vache, des analyses haut-débit ont révélé que l’expression endométriale de STAT1 est régulée au cours de la période préimplantatoire. Le but de cette thèse est donc d’apporter de nouvelles données sur l’expression et la régulation endométriales de STAT1 mais également sur ses fonctions biologiques au cours de la gestation précoce chez la vache.Grâce à différents modèles physiologiques et expérimentaux, l’impact de la progestérone, de l’IFNT (signal majeur de reconnaissance maternelle de la gestation chez les ruminants) et de la gestation sur l’expression et la régulation de STAT1 (y compris sa phosphorylation) a été analysé dans l’endomètre bovin et sur des cultures primaires de cellules endométriales. Ainsi, l’expression de STAT1 (transcrit et protéine) ainsi que sa phosphorylation sont augmentés en présence du conceptus et de l’IFNT, indépendamment du taux circulant de progestérone à l’implantation chez la vache. Pour avoir une meilleure connaissance des rôles de STAT1, l’identification de ses gènes cibles a été entreprise : d’abord avec une approche gènes candidats (avec la famille des gènes SOCS), puis par une approche exploratoire.Les facteurs SOCS sont connus pour être des régulateurs négatifs de la voie de signalisation des cytokines. L’utilisation des différents modèles physiologiques et expérimentaux évoqués plus haut a permis l’analyse de l’expression et de la régulation des huit membres de la famille des gènes SOCS au cours de la gestation précoce chez la vache. L’application d’un protocole d’immunoprécipitation de la chromatine sur des cultures primaires de cellules stromales bovines montre le recrutement rapide de STAT1 par l’IFNT sur les promoteurs des gènes SOCS IFNT-dépendants. D’autre part, l’identification systématique des gènes cibles de STAT1 a été entreprise via l’élaboration d’un protocole d’immunoprécipitation de la chromatine suivit de séquençage haut-débit, appliqué à des échantillons d’endomètre bovin. L’ensemble de ces travaux suggèrent l’implication de STAT1 dans la signalisation endométriale de l’IFNT, dans la régulation du système immunitaire maternel et également dans le contôle des phénomènes d’apposition et d’adhérence, fonctions cruciales à l’implantation chez la vache. / During the early stage of the pregnancy, the regulation of the endometrial physiology is crucial to the right establishment of the implantation. In mammals, a transcription factor family is highly involved in the regulation of endometrial physiology, the STAT family. In cattle, high-throughput analyses light up the regulation of endometrial STAT1 expression during the pre-implantation period. Thus, the aim of this work is to bring new insights about endometrial STAT1 expression and regulation but also on its biological functions during the early pregnancy in cattle. Using physiological and experimental models, the impact of progesterone, IFNT (major signal of the maternal recognition of pregnancy in ruminants) and pregnancy on the expression and the regulation of STAT1 transcript and protein (including its phosphorylation status) have been analyzed in the bovine endometrium and endometrial cells. Thus, STAT1 (transcript, protein and phosphorylation) is up-regulated by the presence of the conceptus and by IFNT but independent of progesterone level at implantation in cattle. To better understand endometrial STAT1 functions, the identification of STAT1 target genes has been initiated: first, on a candidate genes family, SOCS genes, and secondly, with an explorative approach.The proteins SOCS are known to be negative regulator of cytokine signalling pathway. Using physiological and experimental models previously quoted, the eight members of SOCS genes expression and regulation were analyzed during the early pregnancy in cattle. Chromatin immunoprecipitation protocol applied on stromal cells show the recruitment of STAT1 on SOCS promoters by a rapid treatment of IFNT. Moreover, the exhaustive identification of STAT1 target gene has been initiated, using a chromatin immunoprecipitation followed by high-throughput sequencing on bovine endometrium samples. Collectively, this data suggests the involvement of STAT1 in IFNT signalling pathway but also in the regulation of maternal immune system and the apposition/adhesion process, all that being crucial for the implantation in cattle.

L'organisation de l'ADN sous forme de nucléosome interfère avec différents processus cellulaires. La cellule recrute des facteurs de remodelage et des variants d'histones pour surmonter cette barrière physique. Dans ce travail, nous utilisons la Microscopie à Force Atomique pour visualiser des mono- et des oligo- nucléosomes à l'équilibre et hors-équilibre.<br />Nous montrons que le variant H2A.Bbd modifie la structure et la dynamique du mono-nucléosome et que sa présence altère la faculté de la chromatine à former une structure d'ordre supérieur. En utilisant un modèle physique nous expliquons quantitativement ce comportement par la flexibilité du mono-nucléosome.<br />Nous étudions ensuite le mécanisme du remodelage de mono-nucléosomes par SWI/SNF et RSC. Nous mettons en évidence un intermédiaire réactionnel sous la forme d'un nucléosome sur-complexé apparaissant avant le nucléosome glissé. Enfin au niveau des di-nucléosomes nous montrons que RSC est un ‘randomiseur' processif et séquentiel.

L'analyse d'image est une méthode utile pour la caractérisation objective des populations cellulaires tumorales dans les cancers du sein. La prise en compte d'un nombre plus important de ces cas analysés selon des protocoles et des méthodes standardises est nécessaire pour évaluer la signification pronostique des paramétrés nucléaires ou de la fréquence de certains types nucléaires.

Cette thèse s'inscrit dans la recherche des propriétés mécaniques de la fibre de chromatine et de leur rôle. Après un rappel de connaissances sur la chromatine, nous introduisons les techniques de manipulations de molécules uniques en biophysique. Nous esposons ensuite le dispositif de pince optique que nous avons mis en œuvre ainsi que les développements plus récents de manipulations à l'aide d'un champ magnétique rotatif.<br />Nous discutons alors des résultats obtenus sur la transition B-S de l'ADN et tentons de les interpréter en invoquant une différence de comportement sous étirement selon que la séquence est riche en A-T ou en G-C. <br />Les résultats des étirements sur trois principaux types de chromatine sont ensuite présentés : force nécessaire à la rupture d'un nucléosome et longueur d'ADN libérée. En faisant varier les conditions d'étirements (essentiellement concentrations salines et concentrations en chromatine exogène), en modifiant la composition de la fibre de chromatine, nous montrons que le nucléosome n'est pas une entité stable dans les conditions diluées classique des expériences sur molécules uniques. Nous confirmons par ailleurs ce résultats avec des expériences de dilution suivit d'analyse sur gel d'électrophorèse. Les résultats établis après stabilisation nous invitent à poursuivre la discussion du déroulement du nucléosome sous tension à partir d'un modèle existant. Sur la base de ces résultats, nous tentons alors de donner une interprétation du déroulement du nucléosome que nous recadrons dans le contexte de la régulation génétique à l'échelle du nucléofilament.

Chaque spermatozoïde transmet non seulement le génome paternel, mais également une information épigénétique, portée par l'organisation structurale du génome, ou épigénome. Malgré son importance lors du développement embryonnaire, peu de données décrivent l'épigénome transmis par le gamète mâle. Ce travail étudie la reprogrammation de l'épigénome lors de la différenciation post-méiotique des cellules germinales males, ou spermiogenèse. Ce processus implique une restructuration globale de la chromatine caractérisée par l'enlèvement de la majorité des histones, associées à l'ADN dans les cellules somatiques, et leur remplacement par des protéines nucléaires spécifiques du gamète male. <br />Ce travail met en évidence dans les cellules post-méiotiques, un dialogue original entre les modifications post-traductionnelles des histones et la présence de nouveaux variants d'histones associés à l'hétérochromatine péricentrique. La reprogrammation épigénétique des régions de contrôle de l'empreinte parentale a également été analysée. De plus, de nouvelles fonctions ont été mises en évidence pour plusieurs protéines chaperones, notamment HSP70.2, Npm3 et NAP1L4, qui seraient impliquées dans l'incorporation de variants d'histones ou de protéines basiques spécifiques lors des étapes tardives de la spermiogenèse.<br />Ainsi, l'action coordonnée de plusieurs voies de réorganisation de la chromatine participe à la mise en place de l'épigénome transmis par les spermatozoïdes.

Dans les cellules des organismes eucaryotes, l'ADN est associé à diverses protéines pour former la chromatine qui est condensée dans le volume du noyau cellulaire. L'association ADN-histones forme alors une structure périodique dont l'unité répétitive est le nucléosome, mais dont les niveaux d'organisation supérieurs sont toujours en discussion. Afin de comprendre cette organisation, nous avons étudié in vitro le comportement des particules cœur de nucléosome. Dans des conditions de concentrations (en particules et en sel monovalent), recouvrant celles du milieu cellulaire, les particules forment différentes phases ordonnées dont la nature dépend de la concentration ionique de la solution. Nous avons montré, par diffraction des rayons X, qu'à faible concentration saline les particules s'organisent en une phase lamellaire de bicouches et qu'à fort sel, elles forment une phase hexagonale ou quasi-hexagonale organisée à deux ou trois dimensions. Afin de comprendre l'origine du polymorphisme observé en phase dense, nous avons réalisé des études de diffusion des rayons X et des expériences d'osmométrie en solution diluée. Nous avons mis en évidence de très faibles changements de la conformation des particules cœur de nucléosome, et plus précisément une extension des queues des histones lorsque la concentration saline de la solution augmente de 10 à 200 mM. Cette augmentation de la concentration ionique modifie également les interactions entre particules. Nous avons montré que ces deux phénomènes (extension des queues et changement des interactions) sont couplés. Ces changements conformationnels et les variations des interactions pourraient expliquer le polymorphisme structural observé en milieu dense. Cependant, cette comparaison nécessite de prendre en compte l'évolution des concentrations ioniques en fonction de la concentration en particules, et les phénomènes d'encombrement stérique.

Les facteurs de transcription FLI-1 et SPI-1/PU.1 appartiennent à la famille ETS et reconnaissent le même motif sur l'ADN GGAA. Leur activation est observée de manière récurrente dans les érythroleucémies murines induites par le virus de Friend. Ces observations suggèrent un rôle crucial de ces deux facteurs dans la transformation de la lignée érythrocytaire potentiellement par la dérégulation de gènes cibles communs. Mon travail de thèse a consisté à tester la contribution de ces deux facteurs au phénotype des cellules érythroleucémiques et à rechercher les gènes cibles directs communs.Nous avons pu montrer que FLI-1 et SPI-1/PU.1 ont des contributions additives au phénotype des cellules érythroleucémiques surexprimant les deux facteurs. Par une approche transcriptomique, nous avons identifié une grande proportion de gènes cibles directs communs à FLI-1 et à SPI-1/PU.1 impliqués dans différentes étapes de la biogenèse des ribosomes. La déplétion de ces facteurs induit une réduction de la biogenèse des ribosomes qui n'induit pas de stress ribosomique stabilisant p53. Néanmoins, nous avons mis en évidence une contribution spécifique de RPL11, un médiateur essentiel du stress ribosomique, à la différenciation des cellules érythroleucémiques induites par l'absence de ces facteurs.Nous avons mené en parallèle l'inventaire par ChIP-Seq des sites de recrutement de FLI-1 et de SPI-1/PU.1 sur le génome entier de 3 lignées érythroleucémiques indépendantes. Cette stratégie nous a permis de montrer que les régions de recrutement communes sont la conséquence de la proximité de consensus spécifiques et distincts et du recrutement de FLI-1 et de SPI-1/PU.1 sur leur propre consensus.

Le sujet de cette thèse est l'étude de la régulation de l'expression du facteur de transcription LEAFY COTYLEDON 2 (LEC2), qui est un, régulateur clé du développement de la graine d'Arabidospsis thaliana. La graine offre un mode de propagation et de protection des espèces végétales à graines, indispensable à leur survie. La graine est l'élément de base de l'agriculture, en tant que semence, et de l'alimentation humaine, aussi bien sous forme brute que sous forme transformée (farines, huiles...). Elle a aussi de très nombreuses applications industrielles dans l'industrie et les biocarburants. Le développement de la graine, comme beaucoup d'étapes nécessaires à la vie de la plante, est controlé par des phénomènes complexes, incluant des facteurs de transcription. LEC2, ainsi que 2 autres facteurs de transcription de type B3 (FUSCA 3 et ABI3) et un facteur à domaine de fixation CAAT (LEAFY COTYLEDON 1), sont les quatre facteurs clés du développement de la graine d'Arabidospsis thaliana, appelés AFLs (ABI3, FUS3, LEC1, 2). Les gènes AFLs s'expriment spécifiquement dans l'embryon et sont fortement réprimés dans les parties végétatives, par de multiples mécanismes impliquant, entre autre, des facteurs de transcription et des acteurs plus généraux modifiant la structure de la chromatine. Bien que la régulation de LEC2 ait déjà été largement étudiée, les mécanismes précis de répression ainsi que l'activation de ce gène, sont encore méconnus.Le travail présenté est basé sur un travail de délétion de promoteurs, qui a révélé l'existence de 3 boîtes de régulation, essentielles à une activité correcte du promoteur de LEC2. Deux boîtes, dont une correspondrait à une boîte de fixation de facteurs MADS et une à une boîte GAGA dans la séquence transcrite non traduite de LEC2, sont essentielles à l'activité du promoteur. La 3ème séquence, d'une longueur de 50pb, est nécessaire à la répression de LEC2 dans les parties végétatives par des mécanismes épigénétiques. La corrélation de la présence de cette boîte avec un enrichissement dans la marque H3K27me3 au locus nous a permis de rapprocher cette séquence de répression d'une PRE (Polycomb response element) de type végétal.