Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdorales, 2014-2015 / La chromatine est une structure nucléaire composée des histones, autour desquelles l’ADN s’enroule pour être empaqueté dans le noyau. La dynamique de cette structure permet de réguler plusieurs procédés nucléaires, tels que la transcription, la réplication et la réparation de l’ADN. Il existe, entre autre, des complexes de modifications de la chromatine qui collaborent à la régulation de ces différentes fonctions nucléaires. Les acétyltransférases de la famille MYST participent à l’acétylation des queues N-term des histones. Très conservées de la levure à l’humain, elles possèdent des rôles importants dans plusieurs processus cellulaires. Deux des complexes MYST ont été au cœur de mes études doctorales, soit le complexe HBO1 et MOZ/MORF. Mon projet de doctorat avait comme premier objectif de disséquer les différents domaines protéiques présents au sein de ces deux complexes et de caractériser leurs interactions soit avec les autres sous-unités, soit avec la chromatine. Par des analyses biochimiques, nous avons déterminé le mode d’assemblage des complexes MYST. Nous avons également caractérisé leurs différents domaines de reconnaissance de modifications post-traductionnelles des histones, afin de déterminer leur mode de recrutement. Des analyses à l’échelle du génome entier nous ont aussi permis de localiser ces protéines à des loci bien précis. De plus, il nous a été possible de constater l’importance de l’association des protéines INGs sur la fonction suppresseur de tumeur du complexe HBO1-JADE. Suite à une purification de la protéine BRPF1, j’ai pu constater l’association de HBO1 avec cette protéine. Comme deuxième objectif de thèse, j’ai donc eu à caractériser le nouveau complexe HBO1-BRPF1 et à démontrer sa spécificité d’acétylation. En utilisant des essais d’acétylation in vitro combinés à des expériences d’immunoprécipitation de la chromatine, j’ai pu établir un nouveau mode de régulation de l’activité acétyltransférase de la protéine HBO1. Ce mécanisme étonnant démontre un changement de spécificité de l’activité catalytique des MYST en fonction de leur association aux protéines d’échafaudage. Tous ces résultats démontrent donc qu’il est important de considérer l’ensemble des sous-unités des complexes MYST, car elles sont toutes aussi importantes que l’enzyme pour la reconnaissance, la spécificité d’acétylation ainsi que les fonctions cellulaires de ces complexes. / Chromatin is a nuclear structure formed by DNA that is wrapped around histone octamers, allowing for its compaction in the nucleus. This structure is dynamic and regulates many nuclear processes, such as transcription, replication and DNA repair. Among other factors, complexes that modify chromatin collaborate for the regulation of these nuclear functions. The MYST acetyltransferase family participate in the acetylation of histone N-term tails. Highly conserved from yeast to human, they play various roles in many cellular pathways. During my PhD, I have focused on two of these MYST acetyltransferases, HBO1 and MOZ/MORF. The first objective of my project was to dissect the different protein domains comprised within these complexes and define their interactions either with other subunits or with chromatin. Using biochemical experiments, we brought to the forefront the assembly mechanism of the MYST complexes. Additionally, we characterized their chromatin recognition domains, which helped us determine their recruitment mechanism. Genome-wide analysis also gave us the precise localisation of these proteins on many loci. Moreover, we could determine that the association with ING subunits is essential for the tumor suppressor function of these complexes. Following purification of the BRPF1 protein, we could detect binding of the HBO1 protein. Thus, the second objective of my PhD project was to characterize the newly identified HBO1-BRPF1 complex and determine its acetylation specificity. Using in vitro acetylation assays combined with chromatin immunoprecipitation experiments, we unravelled a new regulation mechanism of the HBO1 acetyltransferase activity. This surprising mechanism shows a switch of histone tail acetylation specificity depending of the associated scaffold proteins, an activity previously thought to be intrinsic to the catalytic subunit. These data highlight a new role of the associated scaffold subunits within MYST-ING acetyltransferase complexes in directing the acetylation of specific histone tails. Altogether, these results demonstrate that it is important to consider MYST acetyltransferases as complexes, since their different subunits contribute to chromatin recognition, acetylation specificity and cellular functions.

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. / The aim of this work is to study the regulation of the transcription factor LEAFY COTYLEDON 2, which is a key regulator of seed developpement in Arabidopsis thaliana.Seeds have essential functions in the environnement for plant propagation and as embryo protective tools. Furthermore, numerous products issued from the agriculture or involved in human food (e.g. cereals, oil, flour) are based on seeds. Several industrial apllications depend, as well, on this organ such as oil production for human consumption, additives for some industrial processes, or biofuel synthesis.Seed developemental phases are dependant of a complex regulatory network composed in major part with transcription factors, that were found to be central components of plant evolution and domestication.LEC2, FUS3, ABI3 (three B3 type factors) and LEC1 (a CATT binding factor) are named AFL (ABI3, FUS3, LEC1, 2) genes, and are key regulators of Arabidopsis seed development. AFL genes are specifically expressed in embryo and repressed in vegetatives tissues. This repression has been principally studied in germinating seedlings and was shown to be caused by a set of transcription factors and chromatin structure modifiers.Beside the fact that LEC2 regulation has been extensively studied within the past few years, it was known that other mechanisms of repression and activation were still to be discovered. The work carried out on LEC2 presented here, mainly based on an extensive promoter deletion analysis, has allowed the discovery of three essential nucleotidic sequences necessary for a proper LEC2 promoter activity. The two first regulatory sequences are similar to a MADS box binding element and a GAGA binding site, and were found to be essentials for LEC2 promoter activity. The third sequence (named RLE for Repression of LEC2 Element) is 50bp long and lead to the repression of LEC2 promoter activity after onset of seed germination. A very strong correlation between RLE and the enrichment of H3K27me3 mark deposition at specific loci, suggests this sequence is the first PRE-like (Polycomb response element) element identified in plants.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2007-2008. / Les histones et leurs modifications épigénétiques remodèlent la chromatine et influencent la régulation génique en modifiant les interactions entre la machinerie transcriptionnelle et l'ADN. Cependant on ignore l'exacte implication de ces facteurs dans les pouvoirs de totipotence et de reprogrammation associés à l'ovocyte ou encore dans l'activation du génome embryonnaire. Malgré plusieurs études détaillées sur les modifications post-traductionnelles des histones dans l'ovocyte et dans le jeune embryon, les enzymes potentiellement aptes à les catalyser n'ont pas fait l'objet d'exploration aussi approfondie. Dans cet ouvrage, nous avons investigué le profil d'expression de 24 régulateurs clés principalement impliqués dans l'acétylation et la méthylation des histones pendant la période comprise entre l'ovocyte immature et le blastocyste bovin. Ces analyses nous ont permis d'associer certains événements épigénétiques avec la présence de divers candidats étudiés. Une histone acétyltransferase, MYST4, a été sélectionnée pour une caractérisation plus exhaustive. Nous avons retrouvé MYST4 à l'intérieure de cellules spécialisées impliquées dans la gamétogénèse. De plus, des événements spécifiques d'acétylation peuvent être associés avec sa présence pendant cette période. L'histone Hl spécifique à l'ovocyte (H1FOO) a aussi été examinée plus en profondeur. En plus d'avoir suivi l'expression de l'ARNm et de la protéique H1FOO dans l'ovocyte et pendant le dévelopement embryonnaire, nous avons mis en place une stratégie afin de déterminer si H1FOO a le potentiel de contrôler la transcription de certains gènes. Nos observations préliminaires suggèrent que l'histone H1FOO ne peut réguler l'expression génique par elle même, mais qu'elle est quand même impliquée dans la modulation de la structure de la chromatine. À un certain point, la régulation de l'expression génique de l'ovocyte et du jeune embryon doit nécessairement faire appel à un remodelage de la chromatine, cependant les acteurs impliqués dans ce processus fondamental demeurent élusifs. Nos études de MYST4 et H1FOO associent ces gènes avec divers événements spécifiques se déroulant sur la chromatine des gamètes et embryons. De plus nos analyses de profils d'expression apportent des indices sur l'implication de plusieurs autres gènes pendant cette période de développement. Les résultats présentés dans cette thèse contribuent à éclaircir la représentation globale de la modulation de la chromatine par les facteurs épigénétiques. / Histones and their post-translational modifications remodel the chromatin and influence gene regulation by altering the interactions between the transcriptional machinery and DNA. During oocyte and embryo development, important transcriptional events occur, but the exact contribution of histones and epigenetic modifications in oocyte totipotency and reprogramming capabilities or in the activation of the embryonic genome are still enigmatic. Despite numerous detailed studies on post-translational histone modifications in oocytes and early embryos, the enzymes potentially involved have been somewhat neglected. In this work, we have investigated the expression profile of 24 key regulators primarily linked with histone acetylation and methylation in the period between immature bovine oocyte and blastocyst. The profiles obtained for the different candidates were associated with different epigenetic events occurring during this time period. One particular histone acetyltransferase, MYST4, has caught our attention and was selected for further characterization. In this study MYST4 was associated with specialized cells during gametogenesis. Furthermore, specific acetylation events are linked to the presence of MYST4 during this period. The oocyte-specific histone Hl subtype (H1FOO) was also further characterized. Although different hypotheses have been formulated about its implication in chromatin modulation and gene regulation, little information based on facts is actually available. After investigating the presence of H1FOO mRNA and protein in oocytes and early embryos, we established a strategy to discover if H1FOO had the potential to control the transcription of different genes. Our preliminary observations suggest that H1FOO, by itself, does not regulate gene expression but is involved in the modulation of the chromatin structure. It is thought that the regulation of gene expression in the oocyte and early embryo must at some point involve chromatin remodeling. However, the genes implicated in this fundamental process during this period are still elusive. Our MYST4 and H1FOO studies associate these genes with specific events that occur on the chromatin of oocytes and embryos. Moreover, our expression profile analysis indicates that many other genes are implicated during this important developmental period. The results presented in this thesis contribute to enlighten the global representation of chromatin modulation by epigenetic factors.