Les facteurs de transcription Eos et Helios ont été décrits comme étant des modulateurs des fonctions des cellules T régulatrices (Treg). Nos résultats suggèrent qu’Eos et Helios ne sont pas nécessaires, ni pour la différenciation, ni pour les principales fonctions des cellules Treg CD4+. Cependant, les cellules Helios-/- présentent une meilleure activité suppressive et à un profil transcriptomique de cellules Treg activées. Pour tester si Eos et Helios coopèrent pour réguler les fonctions des cellules Treg, nous avons analysé les souris doubles mutantes. Nos découvertes indiquent que la perte combinée d’Eos et d’Helios n’a pas d’effet sur la biologie des cellules Treg. De plus, nous avons montré qu’Eos et Helios sont induits dans les cellules Treg CD8+. Néanmoins, seule la perte d’Helios ou celle combinée d’Eos et d’Helios affectent leur différenciation. Tous ces résultats suggèrent donc qu’Eos et Helios ne sont pas requis pour réguler les fonctions essentielles des cellules Treg. / The transcription factors Eos and Helios have been described as modulators of regulatory T cell (Treg) functions. Our results suggest that they are not necessary for the differentiation and essential functions of CD4+ Treg cells. However, Helios-/- cells present a superior suppressive activity and a transcriptional profile of activated Treg cells. To test if Eos and Helios can cooperate to regulate Treg cell functions, we then analyzed double null mice. Our findings indicate that loss of both Eos and Helios has no effect on Treg cell biology during homeostasis. In addition, we showed that Eos and Helios are induced in CD8+ Treg cells. However, only loss of Helios, or both Helios and Eos, affect their differentiation. Altogether, these results suggest that Eos and Helios are not required regulate essential CD4+ Treg cell functions, but the absence of Helios may have an impact on their level of activation. Finally, Helios and Eos may play role of in the CD8+ Treg cell compartment.

Les protéines Hox sont des facteurs de transcription à homéodomaine, dont les propriétés de liaison à l’ADN contrastent avec leur spécificité fonctionnelle in vivo. Ils interagissent avec les cofacteurs PBC (Extradenticle (Exd) chez la drosophile) formant des complexes multimériques dont la spécificité fonctionnelle est accrue. Cette interaction repose sur le motif l’hexapeptide (HX), conservé dans la plupart des protéines Hox. Récemment, nous avons identifié le domaine UbdA (UA), spécifique aux protéines Hox de classe centrale Ultrabithorax (Ubx) et AbdominalA (Abd-A), comme un nouveau motif d'interaction avec la protéine Exd. Des analyses in vivo de la contribution de l’HX et de UbdA dans l’activité des protéines Ubx et Abd-A ont indiqué que les protéines Ubx et Abd-A partagent des fonctions (Exd dépendantes et indépendantes), qui ne sont pas médiées par une utilisation identique des motifs protéiques HX et UA.L’objectif de ces travaux est d’analyser les mécanismes moléculaires qui sous-tendent une utilisation ciblée/sélective des motifs protéiques HX et UA de Ubx et de Abd-A en absence du cofacteur connu Exd. Pour cela, des lignées cellulaires S2 DRSC exprimant les protéines Ubx sauvages et mutantes sur les motifs HX et UA, ont été générées et analysées par des expériences de ChIP-Seq. Nos données comparées à celles obtenues précédemment dans l’équipe pour la protéine Abd-A posent les bases permettant d’appréhender la contribution fonctionnelle et l’utilisation sélective des motifs protéiques HX et UA, au-delà de leurs fonctions dans la médiation de l'interaction avec le cofacteur Exd. / Hox proteins are homeodomain-containing transcription factors, whose poor DNA-binding properties contrast with their functional specificity in vivo. They interact with PBC cofactors (Extradenticle (Exd) in Drosophila), forming multimeric complexes with increased functional specificity. This interaction involve a conserved motif called the hexapeptide (HX), found in most Hox proteins. Recently, we the UbdA domain (UA), specific to the central class Hox proteins Ultrabithorax (Ubx) and Abdominal-A (Abd-A), as a novel interaction motif with the Exd protein. In vivo analysis of the HX and UA contributions to Ubx and Abd-A protein activity indicated Ubx and Abd-A shared functions (Exd dependent or independent) do not necessarily rely on a similar use of the HX or UA protein motifs. The aim of this work was to investigate the molecular mechanisms underlying the targeted/selective use of the HX and UA protein motifs in Ubx and Abd-A in the absence of the usual Hox Exd cofactor. For this, S2 DSRC cell lines stably expressing the Ubx protein, as well as HX or UA variants have been generated and analysed by ChiP-Seq experiments. Our data, compared to those previously obtained for Abd-A in the laboratory, set bases for apprehending the functional contribution and selective use of the HX and UA protein motifs, outside their established function in mediating interaction with the Exd cofactor.

Le gène CFTR, impliqué lorsqu'il est muté dans la mucoviscidose, est finement régulé au niveau tissulaire (principalement exprimé dans les organes cibles de la mucoviscidose) et au cours du développement. Par exemple, dans les tissus pulmonaires, l'expression du gène CFTR est plus forte chez le fœtus que chez l'adulte (75:1), où seulement deux copies en moyenne par cellule sont détectées.L'objectif de ce travail était de déterminer les mécanismes moléculaires responsables de cette régulation. Nous avons identifié de nombreux motifs cis-régulateurs au niveau de la région promotrice et de la région 3'UTR. Nous avons également caractérisé des facteurs de transcription, dont certains présentent une spécificité tissulaire et développementale. C'est notamment le cas des protéines de la famille FOX, des régulateurs clés dans le développement du système reproducteur et pulmonaire. Cette étude a également permis d'identifier le rôle de certains microARNs dans la déstabilisation des transcrits CFTR. Finalement, nous proposons un rôle combiné de ces différents acteurs dans la régulation transcriptionnelle et post-transcriptionnelle du gène CFTR. L'identification des éléments répresseurs devrait fournir de nouvelles cibles thérapeutiques pour la mucoviscidose. / CFTR gene, involved in cystic fibrosis, displays a tightly regulated spatio-temporal pattern of expression (mainly expressed in taget tissues of cystic fibrosis). In lung, CFTR transcripts are abundant during fetal development compared to the adult stage (75:1), where only two copies per cell are detected. The aim of this work was to determine the molecular mechanisms involved in this regulation. We have identified several cis-regulatory motifs in the 5'UTR and the 3'UTR parts. We have characterized transcription factors with tissue- and temporal-specific activity. Members of FOX family are crucial regulators in reproductive duct and lung formation. We have also identified microRNAs in destabilizing CFTR transcripts. Finally, we propose a coupling role of trans-acting regulators in the transcriptional and post-transcriptional regulation of the CFTR gene. Characterizing the repressors would help to identify novel therapeutic tools in cystic fibrosis.

Ces dernières décennies ont été marquées par la découverte de la transcription dite « cachée » ou « pervasive ». Il a été en effet montré que la majeure partie du génome des eucaryotes est transcrite, donnant naissance à la formation de nombreux ARNs non-codants. La délimitation des unités de transcription apparait essentielle dans le contrôle de l’expression des gènes mais également dans le maintien de l’intégrité des processus associés à l’ADN en limitant notamment l’apparition de conflits avec la transcription. Dans ce contexte, l’initiation et la terminaison de la transcription représentent des étapes clés dans le partitionnement du génome et le métabolisme des ARNs. Nous avons montré que certains facteurs de transcription, appelés GRFs (General Regulatory Factors) chez la levure S. cerevisiae, jouent un rôle important dans le contrôle de la transcription pervasive à la fois au niveau de l’initiation mais également de la terminaison de la transcription et sont également requis pour assurer la fidélité de la transcription des gènes codant les ARN messagers. Nous avons prouvé que les GRFs liés au niveau des régions promotrices sont capables d’induire la terminaison de la transcription en bloquant physiquement la progression d’ARN polymérases issues de la translecture des terminateurs situés en amont. D’après nos études, cette voie de terminaison appelée « roadblock » est très répandue à l’échelle du génome et joue un rôle important dans la protection des promoteurs contre l’interférence transcriptionnelle. Nous avons également découvert que les GRFs limitent la transcription pervasive en obstruant les sites d’initiations ectopiques situés à proximité de leur site de fixation sur l’ADN. Ces facteurs sont aussi impliqués dans le contrôle de l’expression des gènes codants en favorisant l’utilisation de sites d’initiations les plus appropriés, c’est-à-dire, permettant la synthèse d’ARNs ayant un fort potentiel codant. Le rôle des GRFs dans le contrôle de l’initiation apparait intimement lié à leur capacité à correctement positionner les nucléosomes au niveau des promoteurs en collaboration avec les facteurs de remodelage de la chromatine. / The last decades have been marked by the discovery of pervasive transcription. Indeed, many studies have shown that transcription by RNA polymerase II is not restricted to annotated regions but is widespread in eukaryotic genomes, leading to the production of a plethora of non-coding RNAs. Precise delimitation of transcriptional units appears to be essential to ensure robust fidelity of gene expression and to maintain the integrity of DNA-associated events by preventing the occurrence of conflicts with transcription. In this respect, accurate transcription initiation and termination represent crucial mechanisms to partition the genome and define the correct processing of RNA molecules. Here, we show that yeast general regulatory factors (GRFs), a class of highly expressed transcription regulators, control pervasive transcription at the level of initiation and termination and are also involved in the fidelity of initiation of mRNA-coding genes. We demonstrate that GRFs bound at promoter regions can elicit transcription termination by physically impeding the progression of polymerases mainly deriving from readthrough transcription at upstream canonical termination sites. We provide evidence that this termination pathway named roadblock is widespread throughout the yeast genome and protects promoter regions from transcriptional interference. Furthermore, we establish that the presence of general regulatory factors also limits pervasive transcription at the level of initiation, notably by occluding spurious transcription start sites present in the vicinity of their binding sites. We also unveil the importance of these factors in promoting correct transcription start site selection at mRNA-coding genes thus favouring the synthesis of transcripts with an appropriate coding potential. Finally, we determine that the role of GRFs in controlling proper initiation is intimately linked to their ability to correctly position nucleosomes in promoters, a role that occurs independently from but in cooperation with chromatin remodelers.

Le neuroblastome est cancer du jeune enfant se développant au sein du système nerveux périphérique sympathique. Cette tumeur est caractérisée par sa grande hétérogénéité clinique : allant de formes régressant spontanément aux tumeurs de haut-risque, réfractaires aux traitements les plus agressifs. La survie à long terme des patients présentant un neuroblastome de haut-risque reste par ailleurs inférieure à 50%, ce qui souligne la nécessité de trouver de nouveaux traitements afin d’améliorer leur prise en charge thérapeutique.Récemment, en définissant le paysage épigénétique des cellules de neuroblastome, nous avons observé la présence de super-enhancers (SE). La caractérisation du paysage des SE dans les lignées de neuroblastome nous a permis de révéler l’hétérogénéité cellulaire du neuroblastome, composée de deux identités distinctes : noradrénergique et mésenchymateuse. Chacune des identités cellulaires est caractérisée par un circuit de régulation transcriptionnelle (CRC) : les facteurs PHOX2B, HAND2 et GATA3 définissent l’identité noradrénergique alors que les facteurs de la famille AP-1 gouvernent l’identité mésenchymateuse. Nous avons par ailleurs montré la différence de sensibilité aux chimiothérapies classiquement utilisées en clinique entre ces deux types cellulaires, avec une résistance accrue des cellules mésenchymateuses.Mon travail de thèse porte sur la caractérisation du rôle des facteurs de transcription PHOX2B et GATA3 dans l’établissement et le maintien de l’identité noradrénergique des cellules de neuroblastome. J’ai réalisé leur knock-out par CRISPR-Cas9 dans la lignée noradrénergique SH-SY5Y. L’inactivation de PHOX2B ne modifie ni le programme transcriptionnel ni le phénotype des cellules, arborant une identité noradrénergique. En revanche, les cellules inactivées pour GATA3 possèdent un phénotype cellulaire mésenchymateux ainsi que des capacités de migration, d’invasion et de résistance aux chimiothérapies. Le knock-out de PHOX2B et GATA3 entraine une diminution de la prolifération cellulaire, traduisant le phénomène d’addiction transcriptionnelle des cellules cancéreuses. La caractérisation du paysage épigénétique des cellules inactivées pour GATA3 démontre leur reprogrammation de l’identité noradrénergique vers l’identité mésenchymateuse avec l’effondrement des SE noradrénergiques ainsi que l’acquisition de SE mésenchymateux. GATA3 est donc indispensable pour le maintien de l’identité noradrénergique in vitro.Les résultats générés lors de ma thèse montrent que les facteurs de transcription impliqués dans un même CRC possèdent des rôles distincts dans l’identité cellulaire. La caractérisation de la dynamique de reprogrammation ainsi que des facteurs impliqués dans ce processus nous permettrons de mieux comprendre les phénomènes de plasticité cellulaire à l’origine de la progression tumorale et de la rechute thérapeutique des patients. / Neuroblastoma is a pediatric tumor of the peripheral sympathetic nervous system characterized by its diversity of clinical presentations from spontaneous regression to highly aggressive tumors. Currently, the overall survival of high-risk neuroblastoma patients remains under 50% which highlight the need to find new therapeutic approaches to improve patient outcome.Recently, we defined the epigenetic landscape of neuroblastoma cell lines and observed the presence of super-enhancers (SE). The characterization of the SE landscape let us to define the heterogeneity of neuroblastoma cell identity with the presence of noradrenergic and mesenchymal cells. Both cell identities are governed by a core regulatory circuitry (CRC), composed by PHOX2B-HAND2-GATA3 in the noradrenergic cells and by AP-1 transcription factors in the mesenchymal cells. We also demonstrate the different behaviors of the cells regarding chemotherapy treatments with a higher resistance of the mesenchymal cells.My thesis aimed at deciphering the role of PHOX2B and GATA3 transcription factors in the establishment and the maintenance of the noradrenergic identity of neuroblastoma cells. To do this, PHOX2B and GATA3 were knock-out by CRISPR-Cas9 in the noradrenergic SH-SY5Y cell line. PHOX2B knock-out has no major impact neither on the transcriptomic profile nor the phenotype of the cells. PHOX2B knock-out cells still maintain their noradrenergic identity. In contrast, GATA3 knock-out cells harbor a mesenchymal phenotype showing higher ability to migrate, invade and being pore resistant to chemotherapy than control SH-SY5Y cells. Both PHOX2B and GATA3 knock-out decrease the SH-SY5Y cell proliferation in vitro and in vivo, which highlight the transcriptional dependency of the noradrenergic cells for their identity-related transcription factors. The characterization of the epigenetic landscape of GATA3 knock-out cells revealed their reprograming from the noradrenergic to the mesenchymal identity with the loss of noradrenergic SE and the acquisition of mesenchymal SE. These results demonstrate that GATA3 is essential for the maintenance of the noradrenergic identity in vitro.Altogether, these results show that transcription factors involved in a CRC can have distinct role in the cell identity. The characterization of the reprogramming dynamics as well as the factors involved in this process will allow us to better understand the cellular plasticity involved in the tumor progression and patient relapse.

La dépression majeure (DM) est la principale cause d'invalidité depuis trois décennies, avec plus de 300 millions de personnes touchées dans le monde. En effet, elle contribue largement à la charge économique mondiale globale des maladies. Malgré son impact sociétal important, les mécanismes biologiques de la dépression restent mal compris. Malheureusement, seuls 30 % environ des patients traités pour la dépression présentent une amélioration complète de leurs symptômes. Étant donné le taux d’échec élevé des essais cliniques d’antidépresseurs, récemment, un examen plus minutieux de leur utilisation a eu lieu, notamment pour investiguer la neurobiologie de la dépression et dans le design de potentiels traitements. Étant donné que la plupart de nos connaissances dans ce domaine proviennent de modèles animaux, ces modèles reproduisent en effet certains aspects de la DM humaine, mais on ne sait pas dans quelle mesure. Ce travail a pour but d'élucider dans quelle mesure ils récapitulent la pathologie moléculaire du trouble humain. Dans cette thèse, nous nous sommes appuyés sur des analyses de réseaux d'expression différentielle et de co-expression pour cataloguer le chevauchement entre la DM humaine et 3 modèles murins de stress, à savoir le stress variable chronique, l'isolement social et le stress par défaite sociale chronique, et avons évalué leur capacité à reproduire les profils transcriptionnels associés à la DM humaine dans deux régions du cerveau, le mPFC et le NAc, largement impliquées dans la dépression. Nos résultats montrent que chaque modèle reproduit efficacement les caractéristiques transcriptionnelles communes mais aussi uniques du syndrome humain. Dans l'ensemble, en identifiant des groupes de gènes fortement co-exprimés, partagés entre l'homme et la souris, nos résultats suggèrent que ces signatures transcriptionnelles sont impliquées de manière similaire dans le contrôle des voies fonctionnelles chez les deux espèces et confèrent un fort soutien à l'utilisation de ces modèles de souris pour l'étude des altérations moléculaires observées dans la DM tout en fournissant des implications importantes pour la recherche future et les applications cliniques. / Major depressive disorder (MDD) is the leading cause of disability for three decades with over 300 million affected worldwide. Indeed, it is a major contributor to the overall global economic burden of disease. Despite its significant societal impact, the biological mechanisms of depression remain poorly understood. Unfortunately, only around 30% of patients treated for depression show complete improvement in their symptoms. Given, the high failure rate of antidepressant clinical trials, there has been increased scrutiny recently regarding their use for deciphering the neurobiology of depression and to design potential treatment interventions. Given the fact that most of our knowledge of the field comes from animal models, indeed, these models reproduce some aspects of human MDD but to what degree remains unknown. This work elucidates the extent to which they recapitulate the molecular pathology of the human disorder. In this thesis, we leveraged differential expression and co-expression network analyses to catalogue the overlap between human MDD and 3 mouse model of stress, namely chronic variable stress, social isolation and chronic social defeat stress, and evaluated their capacity of reproducing the transcriptional profiles associated with human MDD in two brain regions, mPFC and NAc, widely implicated in depression. Our results show that each model efficiently reproduces common but also unique transcriptional features of the human syndrome.Overall, by identifying strongly co-expressed groups of genes shared between humans and mice, our results suggest that these transcriptional signatures are similarly involved in the control of functional pathways in both species and confer strong support for the use of these mouse models for the study of the molecular alterations seen in MDD while providing important implications for future research and clinical applications.

Lors d’une blessure chez l’épinette blanche, le facteur de transcription MYB14 et certains gènes de la voie de biosynthèse des isoprénoïdes (voie MVA) sont surexprimés. De plus, des plantules d’épinette blanche transgéniques surexprimant le gène PtMYB14 accumulent elles aussi des transcrits de gènes faisant partie de la voie MVA. Ainsi, MYB14 pourrait être un régulateur transcriptionnel potentiel de cette voie métabolique (Bedon et al. 2010). Ce mémoire cible la régulation potentielle du gène de la 3-hydroxy-3-methylglutaryl-CoA synthétase (HMGS), une enzyme de la voie MVA, par MYB14. Nous avons 1) isolé et caractérisé la région promotrice de Hmgs, 2) testé si MYB14 se lie directement au site découvert dans ce promoteur et 3) vérifié si MYB14 peut influencer positivement la transcription de Hmgs. Ce projet de maîtrise a permis de découvrir une nouvelle fonction pour un facteur de transcription de la famille des R2R3-MYB soit la régulation de la voie de biosynthèse des isoprénoïdes.

Des mutants issus de l'instabilité génétique chez Streptomyces ambofaciens appelés Pig-pap ont été caractérisés. L'analyse du chromosome de la souche 29C1 a révélé un nouveau type de réarrangement associé à la production d'un pigment vert. Les mutants Pig-pap dépigmentés et non sporulants sont issus de papilles sur les colonies. L'introduction du gène whiG codant un facteur sigma permet le retour à la sporulation et à la pigmentation. Ce gène n'est pas muté et est transcrit chez ces mutants. Le gène whiH dont la transcription dépend de WhiG n'est pas transcrit. WhiG ne serait pas fonctionnel et une modification post-transcriptionnelle de whiG aboutirait au phénotype Pig-pap. L'analyse de mutants issus d'un transconjugant a montré que le transgène whiG constitue une cible mutationnelle. De plus, la production de ces mutants est augmentée lors d'une carence en acides aminés et un mutant relA ne produit pas de papille, impliquant la réponse stringente dans ce phénomène.

La régulation transcriptionnelle des gènes est cruciale pour permettre le bon fonctionnement des cellules. Afin que les cellules puissent accomplir leurs fonctions, les gènes doivent être exprimés adéquatement dans le bon type cellulaire et au stade de développement et de différenciation approprié. Un dérèglement dans l’expression de un ou plusieurs gènes peut entraîner de graves conséquences sur le destin de la cellule. Divers éléments en cis (ex : promoteurs et enhancers) et en trans (machinerie transcriptionnelle et facteurs de transcription) sont impliqués dans la régulation de la transcription. Les gènes du locus humain beta-globine (hub) sont exprimés dans les cellules érythroïdes et sont finenement régulés lors du développement et de la différenciation. Des mutations dans différentes régions du locus causent entre autres les beta-thalassémies. Nous avons utilisé ce modèle bien caractérisé afin d’étudier différents mécanismes de régulation favorisés par les facteurs de transcription qui sont exprimés dans les cellules érythroïdes. Nous nous sommes intéressés à l’importance de l’élément en cis HS2 du Locus control region. Cet élément possède plusieurs sites de liaison pour des facteurs de transcription impliqués dans la régulation des gènes du locus hub. Nos résultats montrent que HS2 possède un rôle dans l’organisation de la chromatine du locus qui peut être dissocié de son rôle d’enhancer. De plus, HS2 n’est pas essentiel pour l’expression à haut niveau du gène beta alors qu’il est important pour l’expression des gènes gamma. Ceci suggère que le recrutement des différents facteurs au site HS2 lors du développement influence différement les gènes du locus. Dans un deuxième temps, nous avons investigué l’importance de HS2 lors de la différenciation des cellules érythroïdes. Il avait été rapporté que l’absence de HS2 influence grandement la potentialisation de la chromatine du gène beta. La potentialisation dans les cellules progénitrices favorise l’activation transcriptionnelle du gène dans les cellules matures. Nous avons caractérisé le recrutement de différents facteurs de transcription au site HS2 et au promoteur beta dans les cellules progénitrices hématopoïétiques (CPH) ainsi que dans les cellules érythroïdes matures. Nos résultats montrent que le facteur EKLF est impliqué dans la potentialisation de la chromatine et favorise le recrutement des facteurs BRG1, p45 et CBP dans les CPH. L’expression de GATA-1 dans les cellules érythroïdes matures permet le recrutement de GATA-1 au locus hub dans ces cellules. Ces données suggèrent que la combinaison de EKLF et GATA-1 est requise pour permettre une activation maximale du gène beta dans les cellules érythroïdes matures. Un autre facteur impliqué dans la régulation du locus hub est Ikaros. Nous avons étudié son recrutement au locus hub et avons observé que Ikaros est impliqué dans la répression des gènes gamma. Nos résultats montrent aussi que GATA-1 est impliqué dans la répression de ces gènes et qu’il interagit avec Ikaros. Ensemble, Ikaros et GATA-1 favorisent la formation d’un complexe de répression aux promoteurs gamma. Cette étude nous a aussi permis d’observer que Ikaros et GATA-1 sont impliqués dans la répression du gène Gata2. De façon intéressante, nous avons caractérisé le mécanisme de répression du gène Hes1 (un gène cible de la voie Notch) lors de la différenciation érythroïde. Similairement à ce qui a été observé pour les gènes gamma, Hes1 est aussi réprimé par Ikaros et GATA-1. Ces résultats suggèrent donc que la combinaison de Ikaros et GATA-1 est associée à la répression de plusieurs de gènes dans les cellules érythroïdes. Globalement cette thèse rapporte de nouveaux mécanismes d’action de différents facteurs de transcription dans les cellules érythroïdes. Particulièrement, nos travaux ont permis de proposer un modèle pour la régulation des gènes du locus hub lors du développement et de la différenciation. De plus, nous rapportons pour la première fois l’importance de la collaboration entre les facteurs Ikaros et GATA-1 dans la régulation transcriptionnelle de gènes dans les cellules érythroïdes. Des mutations associées à certains des facteurs étudiés ont été rapportées dans des cas de beta-thalassémies ainsi que de leucémies. Nos travaux serviront donc à avoir une meilleure compréhension des mécanismes d’action de ces facteurs afin de potentiellement pouvoir les utiliser comme cibles thérapeutiques. / Gene transcriptional regulation is crucial for appropriate cell functioning. Genes must be properly expressed in the right cell type as well as at the right developmental and differenciation stage in order to allow the cells to accomplish their functions. Abnormal expression of one or many genes can dramatically influence cell fate. Diverse cis (ex : promoters and enhancers) and trans (transcriptional machinery and transcription factors) elements are involved in transcriptional regulation. Genes of the human beta-globin (hub) locus are expressed in erythroid cells and are thightly regulated during development and differentiation. Mutations in several regions of the locus are involved in beta-thalassemia. We used this well characterized model in order to study different regulation mechanisms that are mediated by transcription factors expressed in erythroid cells. We were interested in the important role of the cis element HS2 from the Locus control region. This region contains several binding sites for transcription factors that are involved in hub locus gene regulation. Our results show that HS2 has a role in chromatin organization of the locus which is distinct from its enhancer function. Moreover, HS2 is not essential for high level beta gene expression while it is important for gamma gene expression. This suggest that the influence of transcription factors recruited to HS2 varies during development. Secondly, we investigated HS2 importance during erythroid differentiation. It was reported the HS2 deletion strongly influences chromatin potentiation of beta gene. Potentiation in progenitor cells favors gene transcriptional activation in mature cells. We characterized transcription factor recruitment to HS2 and b promoter in hematopoietic progenitor cells (HPC). Our results show that EKLF is involved in chromatin potentiation and favors the recruitment of BRG1, p45 and CBP in HPC. GATA-1 expression in mature erythroid cells allows GATA-1 recruitment to hub locus in these cells. These data suggest that EKLF and GATA-1 combination is required to allow maximal beta gene activation in mature erythroid cells. Another factor involved in hub locus regulation is Ikaros. We studied its recruitment to hub locus and found that Ikaros is involved in gamma gene repression. Our data also shows that GATA-1 is involved in the repression of these genes and that it interacts with Ikaros. Together, Ikaros and GATA-1 favors the formation of a repressive complex to gamma promoters. In this study, we also observed that Ikaros and GATA-1 are involved in Gata2 gene repression. Interestingly, we have also characterized the repression mechanism of Hes1 gene (a Notch target gene) during erythroid differentiation. Similar to what is observed for gamma genes, Hes1 is also repressed by Ikaros and GATA-1. Collectivelly, our data suggest that Ikaros and GATA-1 combination is associated with the repression of several genes in erythroid cells. Globally, this thesis reports new mechanisms of action for different transcription factors in erythroid cells. Particularly, our work allows us to propose a model for hub locus gene regulation during development and differentiation. Moreover, we show for the first time that the combination of Ikaros and GATA-1 is relevant for gene regulation in erythroid cells. Several mutations in the transcription factors that we studied were associated with beta-thalassemia or leukemia. Our work will thus help to better understand mechanisms of action of these transcription factors in order to potentially use them as therapeutical targets.

Chez les humains, un large pourcentage de leucémies myéloïdes et lymphoïdes exprime des gènes Homéobox (Hox) de façon aberrante, principalement ceux du groupe des gènes Hoxa. Cette dérégulation de l’expression des gènes Hox peut provenir directement des translocations impliquant des gènes Hox ou indirectement par d’autres protéines ayant un potentiel oncogénique. De plus, plusieurs études indiquent que les gènes Hox jouent un rôle essentiel dans l'initiation de diverses leucémies. Comprendre le fonctionnement des gènes Hox dans l'hématopoïèse normale est donc une condition préalable pour élucider leurs fonctions dans les leucémies, ce qui pourrait éventuellement conduire à l’élaboration de nouveaux traitements contre cette maladie. Plusieurs études ont tenté d’élucider les rôles exacts des gènes Hox dans l'hématopoïèse via l’utilisation de souris mutantes pour un seul gène Hox. Or, en raison du phénomène de redondance fonctionnelle chez cette famille de gènes, ces études ont été peu concluantes. Il a été précédemment démontré que dans une population de cellules enrichies en cellules souches hématopoïétiques (CSH), les gènes du cluster Hoxa sont plus exprimés que les gènes Hox des autres clusters. Aussi, il a été établi que les gènes du cluster Hoxb sont non essentiels à l’hématopoïèse définitive puisque les CSH mutantes pour les gènes Hoxb1-9 conservent leur potentiel de reconstitution à long terme. En nous basant sur ces données, nous avons émis l'hypothèse suivante : les gènes Hoxa sont essentiels pour l'hématopoïèse normale adulte. Pour tester notre hypothèse, nous avons choisi d’utiliser un modèle de souris comportant une délétion pour l’ensemble des gènes Hoxa. Dans le cadre de cette recherche, nous avons démontré que les CSH, les progéniteurs primitifs et les progéniteurs des cellules B sont particulièrement sensibles au niveau d'expression des gènes Hoxa. Plus particulièrement, une baisse de la survie et une différenciation prématurée semblent être à l’origine de la perte des CSH Hoxa-/- dans la moelle osseuse. L’analyse du profil transcriptionnel des CSH par séquençage de l'ARN a révélé que les gènes Hoxa sont capables de réguler un vaste réseau de gènes impliqués dans divers processus biologiques. En effet, les gènes Hoxa régulent l’expression de plusieurs gènes codant pour des récepteurs de cytokine. De plus, les gènes Hoxa influencent l’expression de gènes jouant une fonction dans l’architecture de la niche hématopoïétique. L’expression de plusieurs molécules d’adhésion est aussi modulée par les gènes Hoxa, ce qui peut affecter la relation des CSH avec la niche hématopoïétique. L’ensemble de ces résultats démontre que les gènes Hoxa sont d'importants régulateurs de l'hématopoïèse adulte puisqu’ils sont nécessaires au maintien des CSH et des progéniteurs grâce à leurs effets sur plusieurs processus biologiques comme l'apoptose, le cycle cellulaire et les interactions avec la niche. / In humans, a large percentage of myeloid and lymphoid leukemias exhibit aberrant Homeobox (Hox) genes expression, predominantly Hoxa genes. This aberrant expression is known to be caused by either translocations involving Hox genes or indirect activation of Hox genes. In addition, evidence now indicates a critical role for Hox genes in the initiation of leukemias. Clearly, understanding how Hox genes function in normal hematopoiesis is prerequisite to elucidate their involvement in leukemogenesis and this may eventually lead to new treatments for this disease. Attempts to determine the precise role(s) of Hox genes in normal hematopoiesis using single gene loss of function mutants have shown little success due to functional complementation by the remaining Hox genes. We previously showed that the Hoxa genes are much higher expressed in enriched hematopoietic stem cell (HSC) populations than the other members of the Hox gene family. Moreover, Hoxb cluster genes were found to be dispensable for HSCs long-term repopulation of irradiated mice. Thus, we hypothesize that Hoxa genes are critical for normal adult hematopoiesis. We have used a multi-gene knockout (KO for the entire Hoxa cluster) approach to thoroughly evaluate this issue. In this thesis, we showed that HSC, primitive progenitors and B cell progenitors are particularly sensitive to the levels of Hoxa gene expression. Furthermore, a lower survival and a premature differentiation account for the loss HSC Hoxa-/- in bone marrow. Differential expression profiling by RNASeq revealed that Hoxa genes are capable of regulating a broad array of genes involved in various biological processes. Indeed, Hoxa genes regulate the expression of several genes coding for cytokine receptors. Furthermore, Hoxa genes modulate the expression of genes implicated in the regulation and formation of the niche architecture. The expression of several adhesion molecules is also modulated by the Hoxa genes, which can affect the relationship of HSC with the hematopoietic niche. Through their action on several biological processes such as apoptosis, cell cycle and niche interactions, Hoxa genes are necessary for maintenance of HSC and progenitors. Taken together, these results demonstrate that Hoxa genes are important regulators of adult hematopoiesis.