Le programme d'expression de gènes dans des cellules eucaryotes dépend fortement de l'état du porteur du génome. L'état physique de la fibre de chromatine est un élément clé de ce programme. Cependant, malgré l'effort considérable fourni pour élucider la structure et les principes physiques de l'organisation de la chromatine, ces principes restent flous. La théorie phénoménologique permet d'analyser l'organisation probable de la chromatine de point de vue thermodynamique. Dans cette thèse, nous étudions l'ordre liquide-cristallin qui résulte de l'équilibre entre le désordre thermique dans la chromatine et les interactions électrostatiques (et mécaniques) de ses constituants. En utilisant les résultats expérimentaux largement acceptés, nous identifions les propriétés robustes mésogènes des nucléosomes (nano-assemblages ADN-protéines) à une petite échelle, et nous montrons comment les corrélations de ces paramètres contrôlent l'ordre qui s'installe dans la chromatine à l'échelle plus grande. Le modèle est basé sur les corrélations des caractéristiques polaires et chirales des nucléosomes. La théorie phénoménologique permet de décrire les phases condensées dans des solutions aqueuses des nucléosomes avec l'ADN linker digéré par des enzymes, aussi bien dans des conditions physiologiques que dans une large gamme de concentration du sel monovalent. Nous utilisons l'hypothèse que pour les mêmes conditions physiologiques les mécanismes physiques qui agissent dans les solutions condensées et dans la fibre sont similaires. Cela nous permet par la suite d'effectuer l'analyse de symétrie, construire le modèle de l'énergie libre, et prédire les états liquide-cristallins hélicoïdaux de la fibre favorisés thermodynamiquement. En plus des modèles de « solénoïde » et de « l'hélice à deux départs » discutés dans la littérature, nous montrons la possibilité des arrangements nucléosomiques « à plusieurs départs » et la biaxialité possible de ces structures. L'effet de l'application d'un champ de force homogène à la fibre de chromatine dans des expériences biochimiques est également étudié. Nous montrons que le déroulement de l'état hélicoïdal est un processus multi-étapes, et nous présentons ses détails structuraux et thermodynamiques. / Gene expression program in eukaryotic cells is strongly dependent on physical state of the genome carrier. Physical state of the chromatin is a key element in this program. However, despite the efforts to elucidate the structure and the physical principles underlying the organization of chromatin, they remain largely unknown. Phenomenological theory helps to analyze the most probable chromatin organization. In the present work we study liquid-crystalline order in chromatin resulting from the balance of thermal disorder and electrostatic (and mechanical) interactions of its constituents. Using generally accepted experimental facts we identify robust mesogenic parameters of nucleosomes (DNA-protein nano assemblies) at the smaller scale and show how the correlations of these parameters control the ordering into a chromatin structure at the bigger scale. The model is based on correlation of polar and chiral characteristics of nucleosomes. Phenomenological theory allows us to describe the condensed phases in aqueous solutions of nucleosomes with digested linker DNA, both in physiological conditions and in a wide range of monovalent salt concentration. Using the hypothesis of similar physical mechanism acting in condensed solutions and in the fiber in the same physiological conditions, we perform detailed symmetry analysis, construct the free energy model and reveal the thermodynamically favorable helical liquid-crystalline states of the fiber. In addition to « solenoid » and « two-start-helix » models abundantly discussed previously, we show the possibility of multi-start helix arrangements of nucleosomes in the chromatin and possible biaxiality of the structures. The effects of homogeneous mechanical force field applied to the chromatin in biochemical experiments are also studied. We show that helical state unwinding is a multistep process and we give its structural and thermodynamical details.

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. / The transcription factors FLI-1 and SPI-1/PU.1 belong to the ETS family and recognize the same DNA motif GGAA. Their activation is recurrently observed in murine erythroleukemia induced by Friend virus. These observations suggest a crucial role of these two factors in erythroid lineage transformation potentielly by deregulating common target genes. My thesis work consisted of testing both factors contribution to the phenotype of erythroleukemia cells and of searching for common direct target genes.We showed that FLI-1 and SPI-1/PU.1 have additive contributions to the phenotype of erythroleukemia cells overexpressing both factors. By a transcriptomic approach, we identified a high proportion of common direct target genes of FLI-1 and SPI-1/PU.1 involved in ribosome biogenesis at different levels. The déplétion of these factors induced a decrease of ribosome number which doesn’t induce a ribosomal stress leading to the p53 stabilization. However, we highlighted a specific contribution of RPL11, an essential ribosomal stress médiator, in erythroleukemia cell differentiation induced by depletion of both factors. In parallel, we mapped at whole génome scale by ChIP-Seq the recruitment site of FLI-1 and SPI-1/PU.1 in 3 independent erythroleukemia cell lines. This strategy allowed us to show that the common recruitment régions are the conséquence of a very close association of clearly distinct and specific consensus binding sites for FLI-1 and SPI-1/PU.1 and that each of those factor sis recruited to its own consensus.

Différents rôles de l'hélicase Pif1 ont été décrit dont le plus documenté est de décrocher la télomérase des télomères en déroulant les hybrides ARN/ADN formés entre l'ARN de la télomérase et l'ADN télomérique. Plus récemment, une nouvelle voie de signalisation des dommages à l'ADN a été mise en évidence, qui inhibe l'action de la télomérase au niveau d'une cassure de l'ADN via la phosphorylation de l'hélicase Pif1. Cette phosphorylation, dépendante de la kinase ATR (Mec1), inhibe la réparation aberrante de la cassure d'ADN par la télomérase. Nous étudions au sein de l’équipe la protéine RPA (Replication Protein A), affine de l'ADN simple-brin, qui recrute à la fois la protéine de recombinaison homologue Rad52 et la protéine Mec1 impliquée dans la cascade de signalisation des dommages de l'ADN. Lors de l'étude de différentes fonctions de l'hélicase Pif1, j'ai mis en évidence une interaction robuste entre Pif1 et RPA. J'ai identifié un allèle de RFA1, rfa1-D228Y, affectant l'interaction Pif1/RPA et montré, grâce à cet allèle, que cette interaction est impliquée dans le recrutement de Pif1 au niveau d'une cassure double-brins (CDB) induite de l'ADN. Enfin, il a été récemment mis en évidence un nouveau rôle de Pif1 dans la stabilité des G-Quadruplexes durant la réplication du brin avancé. En effet, les cellules pif1 présentent un taux d'instabilité du minisatellite CEB1 inséré sur le brin avancé d'environ 56%, correspondant à des réarrangements de l'ADN de type contractions ou expansions. Lors de l'étude de l'interaction Pif1/RPA, j'ai montré que la mutation rfa1-D228Y entraîne une instabilité du minisatellite CEB1 présent sur le brin avancé, similaire à celle observée avec la délétion pif1∆. Nous suggérons un modèle selon lequel RPA recruterait Pif1 au cours de différents processus cellulaires tels que la réponse des dommages à l'ADN ou la réplication des structures particulières de l'ADN telles que les G-Quadruplexes.En parallèle de cette étude, j’ai étudié le rôle de l'histone méthyltransférase Set1 spécifique de la lysine 4 de l'histone H3 dans la régulation de la taille des télomères. J’ai mis en évidence que le raccourcissement des télomères observé dans un mutant set1 est lié à l'absence de di- et tri-méthylation de H3K4 alors que la perte de monométhylation n'a aucun effet. Cependant, le défaut de la taille des télomères dans les cellules set1∆ n'est pas uniquement lié au défaut de méthylation de H3K4 mais semble impliquer une autre activité de Set1 qu’il reste à déterminer. Etonnamment, nous avons observé que la délétion de SET1 aggrave le raccourcissement des télomères des mutants dont les gènes sont impliqués dans la régulation positive de la taille des télomères et inversement, aggrave le rallongement des télomères de mutants dont les gènes sont impliqués dans la régulation négative des télomères. Nous postulons que l’inactivation de Set1 pourrait à la fois inhiber l’activation précoce des origines de réplication des régions subtélomériques et conduire à un sur-raccourcissement de la taille des télomères, à la fois affecter la synthèse du brin complémentaire dans un contexte où celle-ci est affectée (mutant rif1) et conduire à un sur-allongement des télomères. Une seconde hypothèse propose que Set1 régulerait la transcription deTERRA dans des cellules ayant les télomères déprotégés (mutant rif) entraînant le sur-allongement des télomères. / Different roles of Pif1 helicase have been described, the best documented being to remove telomerase from telomeres by unwinding the RNA/DNA hybrid between telomerase RNA and telomeric DNA. Recently, it was shown that the DNA damage signaling down-regulates telomerase action at a DNA break via Pif1 phosphorylation. Pif1 phosphorylation is dependent of the checkpoint kinase ATR (Mec1) and prevents the aberrant healing of broken DNA ends by telomerase. In our laboratory, we study RPA (Replication Protein A), a single-strand DNA binding protein which recruits the proteins involved in the DNA damage response and checkpoint regulation, such as the homologous recombination protein Rad52 and Mec1 involved in the DNA damage response. I have identified an allele of RFA1, rfa1-D228Y, that affects the Pif1/RPA interaction and showed using this allele that this interaction is implicated in the Pif1 recruitment at an induced double-strand break. Recently, a new role of Pif1 in the stability of G-quadruplex DNA during the leading strand replication has been described. pif1 cells show an instability about 56% of the human minisatellite CEB1 inserted on the leading strand. During my study of the Pif1/RPA interaction, I showed that the rfa1-D228Y mutant induced a similar instability of CEB1 minisatellite on the leading strand. We suggested that RPA would recruit Pif1 for many cellular processes such as DNA damage response or replication of secondary DNA structures such as G-Quadruplexes.In parallel, I have studied the role of the Set1 Histone methyltransferase which catalyse the methylation of the lysine 4 of histone H3, in the regulation of telomere length. I showed that the telomere shortening observed in set1 mutant is due to the loss of di- and tri-methylation of H3K4 while the loss of monomethylation has no effect. However, the short telomeres in set1∆ cells is not only due to the methylation defect shedding light on a new Set1 activity that remains to be fully characterized.. The SET1 deletion aggravates the telomere shortening of mutants which genes are involved in positive regulation of telomere length and conversely, aggravates the lengthening of mutants which genes are involved in negative regulation of telomere length. We postulated that inactivation of Set1 could affect at once activation of early-replication origins and leads to a telomere shortening, and affect synthesis of complementary strand in a context where this one is affected (mutant rif1) and leads to a telomere lengthening. A second hypothesis propose that Set1 would regulate TERRA transcription in cells with deprotected-telomere (rif mutant) leading to the lengthening of telomeres.

L'organisation de la chromatine a une importance fonctionnelle pour contrôler le programme d'expression des gènes. Par contre, les liens qui l'unissent au déroulement de la réplication de l'ADN sont beaucoup moins connus. Grâce à des approches basées sur la capture d'interactions chromosomiques et sur l'imagerie cellulaire, nous avons étudié les liens entre le repliement à grande échelle de la chromatine et le timing de réplication. Cette analyse, effectuée dans des cellules humaines lymphoblastoïdes, des cellules mononucléées du sang (PBMC) et des cellules issues d'une leucémie myéloïde à caractère érythrocytaire, a permis l'identification de domaines structuraux du noyau. Ces domaines sont relativement isolés les uns des autres et leurs frontières coïncident avec les zones d'initiation précoce. De plus, notre étude montre que ces zones d'initiation précoce interagissent préférentiellement, aussi bien entre voisins immédiats (séparation génomique de l'ordre de la mégabase) que le long du chromosome entier. Les loci répliqués tardivement interagissent eux-aussi avec leurs homologues, conduisant, dans l'espace nucléaire, à une ségrégation des loci en fonction de leur timing de réplication. Ces résultats sont soutenus par des mesures de distances sur des hybridations in-situ qui montrent que les loci répliqués en début de phase S sont plus proches qu'attendus. Nos travaux révèlent enfin que l'organisation de la chromatine est similaire dans des cellules en phase G0 (PBMC dormantes), démontrant qu'elle n'est pas spécifique des cellules en phase S. Pris ensemble, ces résultats apportent des preuves directes d'une organisation robuste de la chromatine, partagée par les cellules en cycle et dormantes, et corrélée au timing de réplication à différentes échelles. / Chromatin organization is of functional significance to control the gene expression program. However, its interplay with DNA replication program is less known. Though the capture of chromosomal interactions and cell imaging, we studied the links between the high-order folding of chromatin and the replication timing. This analysis, which has been performed in human lymphoblastoid cells, in peripheral blood mononuclear cells (PBMC), and in a myeloid leukemia cell line with erythroid properties, allowed the identification of structural domains in the nucleus. These domains are quite isolated from each other and their boundaries coincide with early-initiation zones. In addition, our study shows that these early-initiation zones preferentially interact with each other. These interactions have been observed between neighboring early-initiation zones (genomic separation around 1 to few megabases) but also along the whole chromosome. The late-replicated loci interact with their counterparts as well, leading to a nuclear segregation of the loci according to their replication timing. These results are sustained by distance measurements in in-situ hybridizations which show that loci replicated at the beginning of S-phase are closer than expected. Our work also reveals that chromatin organization is similar in cells blocked in G0 phase (quiescent PBMC), demonstrating that it does not result from the cells in S-phase. Taken together, these results provide direct clues for a robust chromatin organization, common to cycling and resting cells, and related to the replication timing at different scales.

Les récepteurs nucléaires sont des facteurs de transcription qui exercent leur fonction via le contrôle de la transcription de leurs gènes cibles, une régulation qui est dépendante de cofacteurs associés. Les complexes transcriptionnels ainsi formés dialogueront avec l’environnement chromatinien (méthylation de l’ADN, remodelage des nucléosomes, modifications post-traductionnelles des histones) afin de promouvoir la répression ou l’activation transcriptionnelle des cibles géniques de ces récepteurs. Ce projet a identifié une interaction entre la lysine déméthylase LSD1 et le récepteur nucléaire orphelin ERRα dans des cellules humaines de cancers du sein. LSD1 protège ERRα d’une dégradation protéasomale de manière indépendante de son activité catalytique. Par ailleurs, LSD1 déméthyle H3K9 et H3K4 in vivo, mais est incapable in vitro de déméthyler H3K9. La présence de ERRα révèle cette activité de LSD1 sur H3K9, suggérant que le complexe ERRα -LSD1 agit comme un régulateur positif de la transcription. En ce sens, ERRα et LSD1 régulent un nombre important de gènes communs identifiés par RNAseq. Ainsi, 10 gènes activés ont été sélectionnés et le recrutement de ERRα et LSD1 a été examiné sur ces cibles géniques. En association avec les résultats obtenus in vitro, nous avons observé in vivo qu’en absence de ERRα ou LSD1, les gènes activés par ces deux partenaires présentent une augmentation de la marque répressive H3K9me2 sans affecter H3K4me2 au niveau du site d’initiation de la transcription. En conclusion, LSD1 interagit avec ERRα et inhibe sa dégradation, conduisant à une coopération transcriptionnelle de ces protéines. Pour la première fois, un rôle direct de ERRα sur l’environnement chromatinien a été identifié via l’activité de LSD1 sur des marques répressives d’histones. / Nuclear receptors are transcription factors that cooperate with chromatin associated factors to promote their activities. These transcriptional complexes are able to modulate the chromatin landscape to repress or promote transcription. Interestingly, there is an intricate cross-talk between these complexes and the chromatin environment that can influence each other to coordinate gene expression led by nuclear receptors. Post-translational modifications of histones regulate in part, DNA accessibility and the activities of nuclear receptors. One of these histone modifiers is LSD1, which is known to demethylate lysines 4 (H3K4) and 9 (H3K9) on histone 3. This manuscript focuses on the discovered LSD1-ERRα complex in human cancer cell lines. LSD1 interacts with ERRα, hence, modulates ERRα protein stability via a demethylation independent manner. Moreover, LSD1 is able to demethylate H3K4me2 in vitro but not H3K9me2. Interestingly, we observed that ERRα is able to switch LSD1 activity toward H3K9me2 to promote gene transcription without any additional cofactor in vitro. To confirm this effect in vivo, a transcriptomic analysis on mammary cancer cells was performed and highlights common target genes between ERRα and LSD1. We selected 10 genes activated by both and verified ERRα and LSD1 recruitment on these targets. Moreover, upon knock-down of ERRα or LSD1, the transcriptional start sites of activated genes -bound and regulated by both proteins- are enriched in the repressive mark H3K9me2. Altogether, these results describe a positive regulation of ERRα by LSD1 which in turn, drives the demethylase activity on H3K9me2 to promote transcription. Finally, these data highlight a direct function of ERRα on chromatin landscape.

La chromatine sert de support à de multiples processus biologiques, cependant son organisation spatiale diffère fortement selon l'échelle considérée. L'expression des gènes est ainsi coordonnée par des éléments régulateurs dispersés dans le génome mais capables d'interagir entre eux. Chez les métazoaires, des expériences de capture de conformation de chromosome (3C) combinées au séquençage haut-débit (Hi-C) ont permis la découverte de domaines d'association topologique (TAD), à l'échelle de la mégabase. Puisque la résolution du Hi-C reste limitée, nous avons utilisé la 3C-qPCR pour explorer, dans des cellules souches embryonnaires murines, la dynamique chromatinienne à l'intérieur de ces domaines ainsi qu'à leurs bordures. Nous identifions ainsi une modulation des fréquences de contacts, sur quelques centaines de kilobases. Cette modulation est plus ou moins importante en fonction du contenu en gènes des domaines, mais elle semble néanmoins universelle. Des modèles dérivés de la physique des polymères permettent de décrire cette modulation sous la forme d'une hélice statistique, que la chromatine adopterait en moyenne et en l'absence d'interactions spécifiques, à l'intérieur des TAD. Cette hélice reflète certaines contraintes que la chromatine subit à l'échelle supranucléosomale. Elle est très affectée par les bordures, qui bloquent la modulation, mais elle l'est beaucoup moins par le contenu en histone de liaison H1. Par ailleurs, grâce à des résultats de Hi-C à haute résolution, nous montrons que la modulation observée chez les souris n'est pas retrouvée chez la drosophile, où les caractéristiques des TAD semblent avant tout liées au paysage épigénétique local. Pour ces deux organismes, la dynamique chromatinienne à l'intérieur des domaines est donc sous le contrôle de phénomènes différents / The chromatin hosts various biological processes. However, its organization differs considerably depending on the scale. For example, gene expression is coordinated by regulatory elements that are dispersed in the genome but that are able to interact within the tridimensional space of the nucleus. In the Metazoa, chromosome conformation capture (3C) assays combined with high-throughput sequencing (Hi-C) uncovered the existence of topologically associating domains (TADs), at the mégabase scale. Due to the limited resolution of Hi-C, we used the 3C-qPCR method to explore, in murine embryonic stem cells, the chromatin dynamics inside TADs as well as at their borders. We found that contact frequencies undergo a periodic modulation over large genomic distances (few hundred kilobases). This modulation is weaker in gene-deserts than in gene-containing domains but it seems nevertheless to be universal. Using models derived from polymer physics, we show that this modulation can be understood as a fundamental helix shape that chromatin tends to adopt statistically, when no strong locus-specific interaction takes place, within the TADs. This statistical helix reflects some constraints that the chromatin undergoes at the supranucleosomal scale. It is affected by TADs borders, which disrupt the modulation, but linker histone H1 depletion only leads to subtle changes in the helix characteristics. Furthermore, using high-resolution Hi-C data, we found that chromatin dynamics is unconstrained in Drosophila where it seems mainly linked to the local epigenetics landscape. Therefore, distinct genome organization principles govern chromatin dynamics within mouse and Drosophila topologically associating domains.

Dans ce travail de thèse, nous avons étudié la variabilité (ou stochasticité) de l’expression des gènes en considérant que le signal stochastique que produit cette expression est porteur d’information quant au processus d’expression lui-même. Cette stochasticité de l’expression génique peut être caractérisée par la variation observée du nombre de protéines produites soit entre différentes cellules isogéniques (portant le même génome) à un instant donné, soit au sein d’une même cellule au cours du temps. Dans un premier temps, nous avons montré expérimentalement que le niveau de stochas- ticité de l’expression d’un gène change suivant son locus (sa position sur le génome). De plus, nous avons montré que, à locus constant, le niveau de stochasticité peut être influencé par des agents modificateurs globaux de l’état chromatinien. Ensuite, nous avons analysé comment la dynamique chromatinienne peut influencer la stochasticité de l’expression génique d’un gène. Pour ce faire, nous avons utilisé une ap- proche de modélisation et simulation que nous avons ensuite confrontée à des données biologiques. L’utilisation d’un modèle à deux états nous a permis de montrer que l’acti- vité du promoteur est caractérisée par de longues périodes durant lesquelles la chromatine empêche la transcription, entrecoupées par de brèves périodes où la transcription est à nouveau rendue possible sous forme de « bursts » de forte intensité. Pour finir, nous avons identifié, par des approches statistiques et par l’utilisation de bases de données génomiques, des éléments caractéristiques de la séquence génomique qui, lors- qu’ils sont présents dans le voisinage d’un gène, peuvent influer sur la stochasticité de celui-ci. Nous avons en particulier montré que, lorsque le gène rapporteur est inséré à proximité d’un autre gène, sa stochasticité augmente de manière significative. Ce travail nous a permis de mettre en évidence un lien entre la dynamique chromatinienne, l’environnement génomique et la stochasticité de l’expression génique. Ce lien offre à la cellule des perspectives évolutives en lui permettant de réguler cette stochasticité, ouvrant ainsi la porte à la sélection d’un niveau approprié de variabilité. / During my PhD, we have studied the variability (or stochasticity) of gene expression assuming that the stochastic signal it produces carries information about the process of gene expression itself. The stochasticity of gene expression can be characterized by the observed variation in the number of proteins produced either by different isogenic cells (cells that have the same genome) at a given time or within a single cell over time. First, we showed experimentally that the level of stochasticity of a gene changes according to its locus (its position on the genome). We have also shown that, for a given locus, the level of stochasticity could be influenced by global chromatin-state modifier agents. Then, we analyzed how the chromatin dynamics can influence the stochasticity of gene expression. This analysis was conducted by using a modeling and simulation approach, the results of which being in turn compared to biological data. Using a two-states model allowed me to show that the activity of a promoter is characterized by long periods during which the chromatin prevents transcription, interspersed by brief periods when transcription can occur in the form of intense bursts. Finally, we identified characteristic genomic elements that, when in the neighbourhood of a gene, may influence its level of stochasticity. In particular, we have shown that when the reporter gene is integrated close to a neighbour gene, its stochasticity is significantly increased. This work allowed me to unravel a link between the chromatin dynamics, the genomic environment and the stochasticity of gene expression. This link confers evolutionary pers- pectives to the cell by allowing it to regulate stochasticity, which allows for the selection of an appropriate level of stochasticity.

Le positionnement des nucléosomes le long des génomes eucaryotes est crucial étant donné qu’il affecte l’accessibilité de l’ADN à des protéines impliquées dans la transcription, la réplication, ou encore la réparation de l’ADN. Si il est aujourd’hui admis que les remodeleurs de chromatine ainsi que les préférences des nucléosomes pour certains motifs d’ADN constituent les deux principaux déterminants du positionnement des nucléosomes in vivo, leur importance relative fait encore l’objet de controverses. Dans le cadre de cette problématique nous avons développé une stratégie d’assemblage de répétitions de la séquence 601 positionnante de nucléosome directement dans le génome de Saccharomyces cerevisiae. Cette technique assistée par la technologie CRISPR/Cas9 et des oligonucléotides chevauchants s’est révélée très efficace et a permis d’assembler des répétitions sur une étendue d’environ 15 kilobases. Nous avons ainsi pu isoler trois souches se caractérisant par trois longueurs d’ADN de liaison de respectivement 20, 50 et 90 paires de bases séparant deux 601 consécutifs tout le long des répétitions. Ces longueurs d’ADN de liaison ont été choisies du fait de leur compatibilité avec les modèles de la fibre de 30 nm étudiés in vitro et parce qu’elles sont fréquemment observées chez les eucaryotes. Nous avons ensuite regardé si ces répétitions de la séquence 601 suffisent à dicter la succession des nucléosomes de S. cerevisiae selon le pas de chromatine attendu. Pour cela, nous avons eu recours à une approche de MNase-seq afin d’analyser les positions des dyades des nucléosomes dans les répétitions. Les résultats de ces analyses révèlent de façon intéressante l’incapacité de la séquence 601 à positionner le nucléosome dans ce contexte cellulaire et cela malgré l’étendue de la région de 601 répétés constituée. Nous avons également analysé le positionnement des nucléosomes chez ces trois mêmes souches suite à l’inactivation de Chd1, l’un des deux principaux architectes du paysage nucléosomal chez la levure, afin de s’affranchir de son potentiel effet sur le positionnement des nucléosomes dans la région 601. Nos résultats montrent que l’absence de Chd1 ne permet pas de rétablir un positionnement des nucléosomes sur les monomères de 601, suggérant que le 601 n’est pas positionnant in vivo ou que la région répétée est sous l’influence d’autres facteurs de remodelage. D’un point de vue méthodologique, notre technique de construction de répétitions in vivo permet d’envisager des approches simplifiées de biologie synthétique pour la construction de librairies de répétitions dans le génome de S. cerevisiae. / Nucleosome positioning along eukaryotic genomes is crucial as it influences DNA accessibility for DNA binding proteins involved in DNA replication, transcription and repair. It is now accepted that both nucleosome preferences for some DNA sequences and remodeling factors play an important role in nucleosome positioning in vivo. However their relative importance remains a matter of debate. To investigate the role played by DNA sequence in nucleosome positioning in a cellular context we developped a strategy to assemble tandem DNA repeats of a nucleosome positioning sequence directly into Saccharomyces cerevisiae’s genome. This method is assisted by CRISPR/Cas9 and overlapping oligonucleotides and it turned out to be very efficient as it allowed to synthetize about 15 kilobases of tandem DNA repeats inside a yeast chromosome. Using this apporoach we obtained three yeast strains differing by the DNA linker length separating two consecutive monomeres of the 601 nucleosome positioning sequence. We chose three lengths of linker (20, 50 and 90 pb) for two reasons. First, they are compatible with the formation of a 30 nm chromatin fiber in vitro, and second, nucleosome repeat length of 167, 197 and 237 pb are found in eukaryotic genomes. We then verified if nucleosomes are effectively positioned according to the theoretic DNA linker lengths we designed in the “601” repeated region. To that goal we performed MNase-seq analysis to deduce nucleosomes dyads positions in the repeats. Interestingly our results show that the 601 sequence is not able to dictate strong nucleosomes positioning differing from the natural nucleosome repeat length of about 165 pb along the repeats in an in vivo context. We further investigated positions of dyads in the same three strains after inactivating the gene coding for the chromatin remodeler Chd1, which could potentially be responsible of the nucleosomes organization in the repeated area. Our results show no effect of Chd1, indicating that the “601” sequence has no positionning effect in vivo or that other trans-acting factors are implicated in nucleosome positioning in the engineered repeats. Finally, this work provides a new fast and simple approach for synthetic DNA repeats construction inside the yeast genome and could easily be applied for other synthetic chromatin engineering approaches.

Les modifications post-traductionnelles des protéines de réparation de l’ADN et des facteurs chromatiniens par poly(ADP-ribose)ylation et par phosphorylation sont essentielles pour le maintien de l’intégrité de l’ADN et de la chromatine, en particulier dans la réponse cellulaire aux dommages de l’ADN induits par radiation ionisantes (RI). Parmi les protéines impliquées dans ces deux processus nous trouvons, respectivement, la poly(ADP-ribose) polymérase-1 (PARP-1) et PARP-2, et la kinase dépendante des cyclines Cdk5 : PARP-1 et PARP-2 sont impliqué dans le mécanisme de réparationdes cassures simples brin (CSBs) de l’ADN (Single Strand Break Repair : SSBR ) et la déplétion de Cdk5 a été liée à l’augmentation de la sensibilité des cellules aux inhibiteurs de PARPs. Nous avons montré, en utilisant des cellules HeLa stablement déplété pour Cdk5 ou PARP-2, que ces deux protéines sont impliquées dans les deux sous-voies du SSBR, le short- (SPR) et le long-patch repair (LPR). L’absence de Cdk5 ou PARP-2 entraîne des modifications du fonctionnement du SSBR, notamment en termes de recrutement des protéines de réparation PARP-1 et XRCC1, impliquées dans le SPR, et PCNA, protéine clé du LPR, au site du photo-dommage. PARP-2 et Cdk5 agissent aussi sur la balance du niveau des poly(ADP-ribose) car en absence de Cdk5 une hyper-activation de PARP-1 a été montrée, et en absence de PARP-2 une diminution de l’activité de la protéine poly(ADP-ribose) glycohydrolase (PARG) a été aussi observée. Cependant, malgré ces changements les deux lignées cellulaires dépourvues de Cdk5 (Cdk5KD) ou de PARP-2 (PARP-2KD) réparent de façon normale les CSBs radio-induites, mais, intéressement et contrairement aux cellules PARP-2KD, les cellules Cdk5KDsont sensibles à l’effet létal des RI. De plus nous avons montré que Cdk5, PARP-2 et PARG sont toutes les trois impliquées dans la régulation du recrutement et de dissociation du facteur chromatinien ALC1 suggérant leur implication dans la régulation de la dynamique de la chromatine en réponse aux photo-dommages de l’ADN. Ces résultats avec l’observation de la diminution du recrutement de PARP-1 dans les cellules Cdk5KD et PARP-2KD, montrent l’apparition d’un réseau complexe de phosphorylation et de poly(ADP-ribose)ylation en réponse aux RI qui implique Cdk5 , PARP-1,PARP-2 and PARG et qui est fort probablement initié par l’activité kinase de Cdk5. / The post-translational modifications of DNA repair proteins and histone remodeling factors by poly(ADP-ribose)ylation and phosphorylation are essential for the maintenance of DNA integrity and chromatin structure, and in particular in response to DNA damaging produced by ionizing radiation (IR). Amongst the proteins implicated in these two processes are the poly(ADP-ribose) polymerase -1 (PARP-1) and PARP-2, and the cyclin-dependent kinase Cdk5: PARP-1 and 2 are involved in DNA single strand break (SSB) repair (SSBR) and Cdk5 depletion has been linked with increased cell sensitivity to PARP inhibition. We have shown by using HeLa cells stably depleted for either CdK5 or PARP-2, that the recruitment profile of PARP-1 and XRCC-1, two proteins involved in the short-patch (SP) SSBR sub-pathway, to DNA damage sites is sub-maximal and that of PCNA, a protein involved in the long-patch (LP) repair pathway, is increased in the absence of Cdk5 and decreased in the absence of PARP-2 suggesting that both Cdk5 and PARP-2 are involved in both SSBR sub-pathways.PARP-2 and Cdk5 also impact on the poly(ADP-ribose) levels in cells as in the absence of Cdk5 a hyper-activation of PARP-1 was found and in the absence of PARP-2 a reduction in poly(ADP-ribose) glycohydrolase (PARG) activity was seen. However, in spite of these changes no impact on the repair of SSBs induced by IR was seen in either the Cdk5 or PARP-2 depleted cells (Cdk5KD or PARP-2KD cells) but, interestingly, increased radiation sensitivity in terms of cell killing was noted in the Cdk5 depleted cells. We also found that Cdk5, PARP-2 and PARG were all implicated in the regulation ofthe recruitment and the dissociation of the chromatin-remodeling factor ALC1 from DNA damage sites suggesting a role for these three proteins in changes in chromatin structure after DNA photodamage.These results, taken together with the observation that PARP-1 recruitment is sub-optimal in both Cdk5KD and PARP-2KD cells, show that an intricate network of phosphorylation and poly(ADPribose) ylation occurs in response to IR that involves Cdk5 , PARP-1,PARP-2 and PARG and that is probably initiated by Cdk5’s kinase activity.

HIC1 (Hypermethylated in Cancer 1) est un répresseur transcriptionnel codé par un gène suppresseur de tumeurs localisé en 17p13.3. Cette région est perdue ou inactivée par hyperméthylation dans de nombreux cancers humains ; et les souris hétérozygotes Hic+/- développent des tumeurs spontanées avec une incidence beaucoup plus élevée que les souris contrôle.<br />Cette protéine est impliquée dans des boucles de régulation complexes impliquant p53, la désacétylase de classe III SIRT1 ainsi qu'une des protéines de contrôle du cycle cellulaire, E2F1.<br />En réponse aux dommages à l'ADN, HIC1 réprime SIRT1, ce qui a pour conséquence l'augmentation du taux de p53 acétylée active. Ceci conduit à l'apoptose et à l'arrêt du cycle cellulaire. HIC1 étant lui-même activé par p53, cette boucle peut s'auto entretenir. Cette voie est également régulée par le métabolisme puisque la répression de SIRT1 par HIC1 est due, notamment, au corépresseur CtBP, lui-même régulé par la balance NADH/NAD+.<br />D'autre part, et de manière intrinsèquement liée, cette même réponse aux dommages à l'ADN induit l'expression de HIC1 par E2F1. Ceci mène à une seconde boucle de régulation puisque HIC1 réprime E2F1, notamment lors de la phase de quiescence G0.<br />Cette présente étude porte sur les différents mécanismes de répression transcriptionnelle mis en place par HIC1, sur ses gènes cibles déjà connus et nouvellement identifiés.<br />Nous avons pu identifier un nouveau corépresseur de HIC1, MTA1, un membre du complexe NuRD, dont le recrutement est contrôlé par la compétition SUMOylation/Acétylation de la Lysine 314 de HIC1. De manière cohérente avec le rôle de HIC1 dans le contrôle de la croissance, le complexe HIC1-MTA1 est lié au promoteur de nouveaux gènes cibles, p57KIP2 et Cycline D1, dans des cellules quiescentes, ainsi qu'à un site nouvellement identifié au sein du promoteur de SIRT1.<br />Tandis que le complexe NuRD apparaît réguler une majorité des gènes cibles de HIC1 connus à ce jour, ce n'est pas le cas pour CtBP, qui régulerait SIRT1 et un gène identifié récemment, CXCR7.<br />De plus, HIC1 interagit avec le complexe SWI/SNF composé de l'ATPase BRG1 et de la sous-unité appartenant aux complexes répresseurs ARID1A, et ce pour réprimer E2F1, mais pas SIRT1, au sein de cellules primaires quiescentes.<br />Ces résultats suggèrent la mise en place par HIC1 de mécanismes de répression transcriptionnelle complexes et finement régulés en fonction du type de gènes cibles et de l'état de la cellule.