Chez les mammifères femelles, le processus d’inactivation du chromosome X (XCI) assure la compensation de dose entre les deux sexes. Chez la souris, l’inactivation du X est établie de manière aléatoire dans l’épiblaste au stade blastocyste et peut être récapitulée in vitro dans les cellules souches embryonnaires. L’ARN non-codant Xist, exprimé à partir du centre d’inactivation du X (Xic), est le régulateur principal de ce processus. Il décore en cis le chromosome choisi pour être inactivé et initie la répression de ses gènes. Ainsi, de manière remarquable, les deux chromosomes X sont traités différemment pendant l’initiation de la XCI malgré leur homologie de séquence et leur localisation au sein d’un même noyau. De manière remarquable, ce processus implique le traitement différentiel de deux chromosomes homologues au sein d’un même noyau, avec des changements d’environnements nucléaires et chromatiniens entre le X actif et le X inactif. Il a été proposé que la localisation nucléaire pourrait jouer un rôle important dans l’initiation de l’expression monoallélique des gènes, non seulement pour l’initiation de la XCI mais aussi pour des processus tels que l’exclusion allélique dans les cellules lymphoides. Par exemple, l’association de loci avec des compartiments hétérochromatiques nucléaires et l’association en trans de loci homologues pourraient être impliquées dans la régulation des gènes monoalléliques. Ainsi, j’ai utilisé le système bactérien TetR/TetO afin d’analyser le rôle de l’organisation nucléaire du chromosome X et du Xic dans l’initiation de la XCI. J’ai pu montrer que si le recrutement des protéines de fusion TetR-LaminB1 ou -Cbx5 au niveau de la cassette TetO insérée dans le Xic permet la répression des gènes à proximité, cet évènement n’est pas toujours accompagné d’une relocalisation nucléaire. De plus, l’association forcée du Xic avec la périphérie nucléaire (TetR-LaminB1) n’a pas d’influence sur le choix du chromosome X à inactiver. Enfin, si la relocalisation des deux Xic à la périphérie nucléaire induit une réduction des évènements d’association en trans entre les deux loci, elle n’a pas d’effet sur l’initiation de l’inactivation. En résumé, ces résultats suggèrent que l’organisation nucléaire du chromosome X et du Xic et l’association des Xic en trans ne sont pas des facteurs déterministes pour le choix et l’initiation de la XCI, mais pourraient être le résultat des changements d’expression des gènes liés à l’X au cours de la différenciation des cellules souches ainsi que de l’augmentation de l’expression de Xist.Enfin, j’ai également analysé le rôle de la protéine CTCF, qui a été proposée pour être importante dans l’organisation structurale du génome, dans le contexte du Xic et de l’initiation de l’inactivation. Ainsi, le recrutement de CTCF au niveau de cassette TetO insérée dans le Xic induit localement une réduction mineure des interactions en cis et la répression des gènes du Xic, à l’exception de Xist dont l’expression est augmentée. Pour autant, la présence ectopique de CTCF n’a pas d’incidence majeure sur l’organisation générale du Xic. / X-chromosome inactivation (XCI) ensures dosage compensation in female mammals. Random XCI is established in the epiblast of female mouse embryos and can be recapitulated in vitro in differentiating embryonic stem cells (ESCs). The major regulator of XCI is the long non-coding RNA Xist, which is expressed from the X-inactivation center (Xic), covers the chromosome in cis and initiates gene silencing. During XCI, the two X chromosomes are treated very differently, despite their homology and the fact that they reside in the same nucleus. Nuclear localization has been hypothesized to play a role in monoallelic gene regulation, not only during XCI but also in other contexts. For example, association with heterochromatin and homologous trans interactions (“pairing”) have been implicated in the establishment of monoallelic gene expression in lymphoid cells and transient pairing has been suggested to participate in symmetry breaking during random XCI. Using the bacterial tetO/tetR system to alter the subnuclear localization and environment of one or both Xics, we have tested the function of subnuclear localization and trans interactions between the Xic loci during initiation of XCI. Using stable expression and reversible binding of TetR fusion proteins (e.g. LaminB1, Cbx5) we show that binding of these proteins can induce local gene repression and chromatin changes, although this is not always associated with subnuclear relocalization. We further show that the forced association of the Xic with the nuclear envelope, does not impact on the choice-making process during XCI. In particular, tethering both Xics to the nuclear lamina during early ESC differentiation resulted in a substantial reduction of homologous pairing events, but had no obvious impact on the onset of random, monoallelic Xist expression. Taken together, our results suggest that nuclear localization and trans interactions of the Xic may be downstream events rather than causal in the regulation of the XCI process.Furthermore, we recruited CTCF, a protein suggested to be involved in structural organization of the genome, to the Xic using the tetO/tetR system. Upon binding of CTCF the overall structure of the Xic remained unaltered though few cis interactions appeared to be weakened, which was accompanied by gene repression in the Xic. Surprisingly, the only upregulated gene in the Xic was Xist in ESCs and during differentiation, which demonstrates that the induced minor changes of cis interactions might impact on gene regulation in the Xic.

Malgré leur importance dans le déterminisme du sexe chez de nombreux organismes, les chromosomes sexuels ont été étudiés chez quelques espèces seulement du fait du manque de séquences disponibles. En effet, le séquençage et l'assemblage des chromosomes sexuels est rendu très difficile par leurs abondantes séquences répétées. Durant cette thèse, une méthode probabiliste a été développée pour inférer les gènes liés au sexe à partir de données RNA-seq chez une famille. Des tests de cette méthode appelée SEX-DETector sur des données réelles et simulées suggèrent qu'elle fonctionnera sur une grande variété de systèmes. La méthode a inféré ∼1300 gènes liés au sexe chez Silene latifolia, une plante dioïque qui possède des chromosomes sexuels XY pour lesquels quelques données de séquence sont disponibles (dont certaines obtenues lors de cette thèse par séquençage de BACs). Les gènes du Y sont moins exprimés que ceux du X chez S. latifolia, mais le statut de la compensation de dosage (un mécanisme qui corrige la sous-expression des gènes liés au sexe chez les males) est encore controversé. L'analyse des nouveaux gènes liés au sexe inférés par SEX-DETector a permis de confirmer la compensation de dosage chez S. latifolia, qui est effectuée par la surexpression du X maternel, possiblement via un mécanisme epigénétique d'empreinte. Les données ont également été utilisées pour étudier l'évolution de l'expression biaisée pour le sexe chez S. latifolia et ont révélé que la majorité des changements de niveaux d'expression ont eu lieu chez les femelles. Les implications de nos résultats concernant l'évolution de la dioécie et des chromosomes sexuels sont discutés / In many organisms, sexes are determined by sex chromosomes. However, studies have been greatly limited by the paucity of sex chromosome sequences. Indeed, sequencing and assembling sex chromosomes are very challenging due to the large quantity of repetitive DNA that these chromosomes comprise. In this PhD, a probabilistic method was developed to infer sex-linked genes from RNA-seq data of a family (parents and progeny of each sex). The method, called SEX-DETector, was tested on simulated and real data and should performwell on a wide variety of sex chomosome systems. This new method was applied to Silene latifolia, a dioecious plant with XY system, for which partial sequence data on sex chromosomes are available (some of which obtained during this PhD by BAC sequencing), SEX-DETector returned ∼1300 sex-linked genes. In S. latifolia, Y genes are less expressed than their X counterparts. Dosage compensation (a mechanism that corrects for reduced dosage due to Y degeneration in males) was previously tested in S. latifolia, but different studies returned conflicting results. The analysis of the new set of sex-linked genes confirmed the existence of dosage compensation in S. latifolia, which seems to be achieved by the hyperexpression of the maternal X chromosome in males. An imprinting mechanism might underlie dosage compensation in that species. The RNAseq datawere also used to study the evolution of differential expression among sexes in S. latifolia, and revealed that in this species most changes have affected the female sex. The implications of our results for the evolution of dioecy and sex chromosomes in plants are discussed