Les travaux de recherche qui sont présentés dans cette thèse touchent tous des aspects de l'étude de la régulation de l'expression des gènes, un des principaux axes de recherche de notre laboratoire. Ceux-ci sont aisément séparables en quatre chapitres, décrits ci-dessous. Le deuxième et le quatrième ont fait l'objet d'une publication, alors que le troisième se veut une description d'une méthodologie expérimentale et d'analyse que nous avons mise au point. Dans le premier chapitre, une introduction générale est donnée sur des notions préalables à la compréhension de cette thèse. Cette section se veut une synthèse de la littérature pertinente. Dans le deuxième chapitre, en utilisant des données d'immunoprécipitation de la chromatine suivie de séquençage à haut débit, nous avons identifié des facteurs génétiques et épigénétiques pouvant distinguer les régions génomiques où se trouve le variant d'histone H2A.Z de celles où il ne se trouve pas. Essentiellement, parmi les 37 modifications post-traductionnelles des histones étudiées, l'acétylation de la lysine 18 de l'histone canonique H3 (H3K18ac) est celle qui permet de mieux discriminer ces régions. Une recherche traditionnelle de motifs effectuée sur les séquences les plus associées avec H2A.Z dans le génome humain a identifié plusieurs motifs candidats, mais aucun n'a pu expliquer le positionnement de H2A.Z observé à l'échelle génomique. Cependant, une analyse basée sur un modèle de flexibilité des séquences d'ADN a permis de classifier correctement une majorité de séquences où se trouvent des nucléosomes possédant le variant d'histone H2A.Z, et a pu récapituler le positionnement des nucléosomes H2A.Z observé aux promoteurs in vivo. En bref, nous avons montré que des critères à la fois épigénétiques et génétiques permettent de prédire si une région génomique est plus à même de posséder des nucléosomes avec ou sans le variant d'histone H2A.Z. Dans le troisième chapitre, je décris des techniques de biologie moléculaire et de bioinformatique que nous avons mises au point pour l'analyse de la structure de la chromatine au promoteur du gène 11 p... WAFI/C1P1 La procédure expérimentale, les détails de la construction de la librairie de reséquençage sélectif, la méthodologie d'analyse des résultats ainsi qu'une validation de la méthodologie sur des données simulées sont décrits. Dans le quatrième chapitre, je décris un outil bioinformatique que nous avons publié, nommé PCRTiler, qui nous a été utile dans le laboratoire pour la conception automatisée et à grande échelle d'amorces PCR spécifiques et ayant des conditions d'utilisation similaires. Essentiellement, nous avons automatisé la tâche que les biologistes faisaient à la main pour concevoir des amorces PCR. En premier lieu, PCRTiler utilise l'application Primer3 pour identifier une multitude de paires d'amorces candidates qui possèdent les caractéristiques physiques spécifiées par l'utilisateur. Par la suite, le programme BLASTN est utilisé pour identifier tous les sites d'hybridation potentiels dans le génome d'intérêt. Finalement, on s'assure qu'une paire d'amorces n'entraînera pas l'amplification de plus d'un fragment d'ADN étant donné la liste des sites d'hybridation potentiels. Cet outil a été mis à la disposition du public sur un serveur web. L'outil a été validé expérimentalement par la conception et la validation expérimentale de 123 paires d'amorces dans la région intergénique des gènes CYP1A 1 et CYP1A2 . Parmi celles-ci, 96 (78%) ont fonctionné dès les premiers essais, et 105 (85%) ont fonctionné après une légère optimisation des conditions expérimentales. Une tentative initiale de concevoir manuellement des paires d'amorces dans les régions qui n'ont pas fonctionné n'a pas mené à une amplification satisfaisante et spécifique, indiquant que les régions pour lesquelles PCRTiler n'a pas pu concevoir d'amorces sont intrinsèquement plus problématiques.

The histone variant H2A.Z is an important regulator of transcription. One unsolved mystery is that why H2A.Z can have both activating and repressive effects on gene expression. By examining both coding and non-coding RNA transcripts in S.cerevisiae, we established that H2A.Z is present at both coding and non-coding promoters and have positive effects on the level of transcripts. The repressive effect of H2A.Z can be partially explained by the sense transcripts of gene being antagonised by H2A.Z-activated antisense transcripts. We also established that H2A.Z-associated non-coding transcripts are predominantly located at bidirectional promoters. The sense and antisense pairs produced from bidirectional promoters show high degrees of coregulation (especially co-activation) during stress response. Surprisingly, we found that the non-coding RNA co-activated with stress-response genes tend to spread the activation signal to the neighbouring gene further upstream, indicating their potential functions in gene regulation. In addition, we also observed that accumulation of H2A.Z at gene promoters is associated with slower recovery from gene induction, which could be related to the Ino80 pathway. In general, our results confirmed the interleaved nature of regulatory system in eukaryotes and highlighted the importance of taking both coding and non-coding transcripts into account while studying the transcriptional regulation.

The histone 2A (H2A) variant Z (H2A.Z) regulates gene expression, replacing H2A predominately at +1 nucleosomes. Whereas, H2A.Z can act as either a positive or negative transcriptional regulator, this research focuses on its transcriptional activation role. This thesis focuses on examining the Glycine max HTA9 gene family (H2A.Z9). The Arabidopsis thaliana HTA9 protein sequence was used to query the G. max proteome resulting in identification of five H2A.Z9 (H2A.Z9-1-5) paralogs. H2A.Z9-1, H2A.Z9-2, H2A.Z9-4, and H2A.Z9-5 are expressed within Heterodera glycines-parasitized root cells undergoing defense. All 5 paralogs, including H2A.Z9-3, were studied in transgenic-functional analyses. Data demonstrates that H2A.Z9 overexpression leads to a 60-70% reduction in H. glycines- parasitism with no effect on root growth. In contrast, H2A.Z9 knockdown by RNAi results in a 3.5-5.0-fold increase in H. glycines-parasitism with no effect on root growth. These results demonstrate that H2A.Z9 is important to G. max defense toward H. glycines-parasitism and indicate possible redundant or specific roles for each paralog.

L'identité et la réactivité cellulaires sont établies, maintenues et modulées grâce à l'orchestration de programmes transcriptionnels spécifiques. Les éléments régulateurs, des régions particulières de la chromatine responsables de l'activation ou de la répression des gènes, sont au coeur de cette opération. Ces dernières années, de nombreuses études ont révélé le rôle central des « enhancers » dans ce processus. En effet, des centaines de milliers « enhancers » seraient éparpillés dans le génome humain, majoritairement dans sa portion non-codante, et contrairement au promoteur, leur activation varierait selon le type ou l'état cellulaire ou en réponse à une stimulation physiologique, pathologique ou environnementale. Les « enhancers » sont, en quelque sorte, des carrefours où transitent une multitude de protéines régulées par les signaux intra- et extra-cellulaires et un dialogue s'établit entre ces diverses protéines et la chromatine. L'identification des « enhancers ainsi qu'une compréhension de leur mode de fonctionnement sont donc cruciales, tant au plan fondamental que clinique. La chromatine joue un rôle indéniable dans l'activité des éléments régulateurs, tant par sa composition que par sa structure, en régulant, entre autres, l'accessibilité de l'ADN. En effet, l'ADN des régions régulatrices est bien souvent masqué par un nucléosome occlusif, lequel doit être déplacé ou évincé afin de permettre la liaison des protéines régulatrices, notamment les facteurs de transcription (FTs). Toutefois, la contribution de la composition de la chromatine à ce processus reste incomprise. Le variant d'histone H2A.Z a été identifié comme une composante de la chromatine aux régions accessibles, dont des « enhancers » potentiels. Toutefois son rôle y est inconnu, bien que des études récentes suggèrent qu'il pourrait jouer un rôle important dans la structure de la chromatine à ces régions. Par ailleurs, un lien étroit existe entre H2A.Z et la voie de signalisation des oestrogènes (notamment la 17-[beta]-estradiol (E2)). Ainsi, H2A.Z est essentiel à l'expression de plusieurs gènes cibles de l'E2. Les effets de l'E2 sont en partie exercés par un FT, le récepteur alpha des oestrogènes (ER[alpha]), lequel se lie à l'ADN suite à son activation, et ce majoritairement à des « enhancers », et permet l'établissement d'un programme transcriptionnel spécifique. Cette thèse vise à définir le rôle d'H2A.Z aux « enhancers », et plus particulièrement son influence sur l'organisation des nucléosomes aux « enhancers » liés par ER[alpha]. D'abord, mes travaux effectués à l'échelle du génome ont démontré qu'H2A.Z n'est présent qu'à certains ER[alpha]-« enhancers » actifs. Cette particularité a fait en sorte que nous avons pu comparer directement les « enhancers » actifs occupés par H2A.Z à ceux non-occupés, afin de mettre en évidence sa relation à l'environnement chromatinien. Étonnamment, il est apparu qu'H2A.Z n'introduit pas une organisation unique ou particulière des nucléosomes aux « enhancers ». Par ailleurs, nos résultats montrent qu'H2A.Z joue un rôle crucial dans la régulation de l'activité des « enhancers ». En effet, nous avons observé que suite à leur activation par l'E2, les « enhancers » occupés par H2A.Z recrutent l'ARN polymérase II (ARNPII) et produisent un transcrit. Ils recrutent également RAD21, une composante du complexe cohésine impliqué, entre autres, dans des interactions chromosomiques entre « enhancers » et promoteurs. De façon intéressante, nous avons mis en évidence que ces trois évènements, connus pour leur importance dans l'activité des « enhancers », sont dépendants d'H2A.Z. Ainsi, la présence d'H2A.Z à l' « enhancer » pourrait permettre un environnement chromatinien favorable à trois aspects clés de l'activité des « enhancers » : la présence de l'ARNPII, la transcription et la formation d'une boucle d'interaction, et par la suite, de par la proximité « enhancer »-promoteur ainsi créée, augmenter la concentration d'ARNPII à proximité du promoteur favorisant l'expression du gène cible. Un tel rôle central d'H2A.Z dans l'activité d' « enhancers » spécifiques pourrait participer à un mécanisme épigénétique ciblé de la régulation de l'expression des gènes.

Le génome humain est constamment la cible d'agents qui endommagent l'ADN. Ces dommages sont multiples et variés tels que les cassures simple et double brin (DSB). Les DSBs sont des lésions très toxiques dont l'origine peut être multiple. Les cellules de mammifères réparent les DSBs en utilisant deux mécanismes principaux, la recombinaison homologue (RH) qui est dépendante du cycle cellulaire et utilise la chromatide sœur comme matrice de réparation et la jonction des extrémités non homologues (NHEJ) qui est indépendante du cycle cellulaire et consiste en la ligation des extrémités d'ADN endommagées. Cette réparation a lieu dans un contexte chromatinien qui nécessite un dynamisme pour rendre accessible les sites lésés aux différentes machineries de réparation. Lors de mes travaux, j'ai étudié le remodeleur de la chromatine p400 ainsi que le variant d'histone H2A.Z qui sont deux protéines impliquées dans la dynamique de la chromatine, afin de comprendre leur rôle dans les mécanismes de réparation des DSBs et la stabilité du génome. p400, une ATPase de la famille SWI2/SNF2 participe à l'incorporation du variant d'histone H2A.Z dans la chromatine. Au cours de ma thèse, j'ai montré que la déplétion par siRNA du variant d'histone H2A.Z, dans la lignée d'ostéosarcome humain (U2OS) et dans des fibroblastes humains immortalisées, n'a pas d'effets sur la réparation des DSBs. Ces résultats sont corrélés avec une absence de recrutement de H2A.Z au niveau des cassures après étude par micro irradiation laser ou par immunoprécipitation de chromatine. Cependant, la déplétion de H2A.Z affecte la prolifération cellulaire en influençant l'efficacité de clonage et le cycle cellulaire. L'autre partie de mes travaux a mis en évidence que l'ATPase p400 est un frein à l'utilisation de la voie alternative de jonction des extrémités (alt-EJ) qui est un processus de réparation des DSBs très mutagène. L'augmentation des événements du NHEJ-Alternatif et la génération d'instabilité génétique observés lors de la déplétion de p400 par siRNA semblent tributaires de la résection des DSBs par CtIP. Ces résultats indiquent que p400 joue un rôle post-résection dans les étapes plus tardives de la RH. De plus, la déplétion de p400 conduit au recrutement de la polyADP ribose polymérase (PARP) et de l'ADN ligase 3 à la DSB, ce qui provoque la mort sélective de ces cellules lors d'un traitement par des inhibiteurs de PARP. Ces résultats montrent que P400 agit comme un frein pour empêcher l'utilisation du NHEJ-Alternatif et donc l'instabilité génétique. / The human genome is constantly targeted by DNA damaging agents. These damages are many and varied, such as single and double strand breaks (DSBs). The DSB are highly toxic lesions whose origin can be multiple. Mammalian cells mainly use two DNA repair pathways to repair DSB, homologous recombination (RH), which is dependent on the presence of the intact homologous copy (the sister chromatid) and on the cell cycle stage and the non-homologous end joining (NHEJ) pathway, which is cell cycle independent and performs direct ligation of the two DNA ends. The repair of DNA damage takes place in a chromatin context that needs to be remodeled to give access to damaged sites. During my work, I studied the chromatin remodeler p400 and the histone variant H2A.Z both involved in chromatin remodeling, to understand their role in DSB repair and genome stability. p400, an ATPase of the SWI2/SNF2 family is involved in the incorporation of H2A.Z in chromatin. I have shown that H2A.Z depletion in the osteosarcoma cell line U2OS and in immortalized human fibroblasts did not alter DSB repair. These results are correlated with the lack of H2A.Z recruitment at DSB observed after local laser irradiation or Chromatin Immunoprecipitation. However, H2A.Z depletion affects cell proliferation and the cell cycle distribution. In addition, I have shown that the chromatin remodeler p400 is a brake to the use of alternative End Joining (alt-EJ) which is a highly mutagenic repair process. The increase in alt-EJ events observed in p400-depleted cells is dependent on CtIP- mediated resection of DNA ends. Moreover, p400 depletion leads to the recruitment of poly(ADP) ribose polymerase (PARP) and DNA ligase 3 at DSB, leading to selective cell killing by PARP inhibitors. Altogether these results show that p400 acts as a brake to prevent alt-EJ dependent genetic instability and underline its potential value as a clinical marker.

Covalent histone modifications such as methylation, acetylation as well as differential incorporation of histone variants are shown to coincide with different chromatin compartments and mark active or repressed genes. Msc1 is one of the seven JmjC Domain Proteins (JDPs) in Fission Yeast. JDPs are known to function in chromatin and some act as histone demethylases. We found that Msc1 is a member of Swr1 Complex which is known to exchange histone H2A variant H2A.z in nucleosomes. We purified H2A.z as a member of Swr1 Complex and its interaction with Swr1 Complex depends on Swr1. We’ve shown that histone H4 Lysine 20 trimethylation (H4 K20 Me3) is lost in h2A.z and msc1 deletion strains and these strains are sensitive to UV. Deletion strain of h2A.z is sensitive to Camptothecin. Histones H3 and H4 are obtained in Msc1 and H2A.z purifications and we’ve shown that histone H4 from these purifications has low level of Lysine 16 acetylation (H4 K16 Ac). Deletion strains of h2A.z, swr1 and msc1 are shown to be sensitive to TSA, a histone deacetylase (HDAC) inhibitor suggesting that H2A.z cooperates with HDACs. TSA treatment of wild type cells cause an increase in H4 K16 Ac and a decrease in H4 K20 Me3. Gene expression profiles of h2A.z, swr1 and msc1 are significantly similar and upregulated genes in deletion strains localize at chromosome ends (a region of 160 kb for each end). The number of stress or meiotic inducible genes is increased in deletion strains suggesting that H2A.z has a role in regulation of inducible genes. We suggest that H2A.z, in cooperation with HDACs, functions in regulation of chromatin accessibility of inducible promoters.

Proteins of the nuclear lamina provide structural support to the nuclear envelope and participate in a variety of cellular functions, such as chromatin organization and transcriptional regulation. One of these proteins, Lamin A (72kDa), is synthesized as a 74 kDa precursor protein, Prelamin A, which undergoes an unusual maturation pathway that requires two farnesylation-dependent endoproteolytic cleavages. The second cleavage is unique to lamin A in higher vertebrates and is specifically carried out by the endoprotease zmpste24. Although most previous studies have focused mainly on the function of mature Lamin A, recent evidence from our laboratory shows important biological functions for Prelamin A as well. Prelamin A concentration in proliferating cells is very low or undetectable. Conversely, during quiescence induced by mitogen withdrawal or contact inhibition, Prelamin A levels increase dramatically. These variations are directly regulated by changes in expression and enzymatic activity of zmpste24. The central hypothesis of this dissertation is that full-length farnesylated and carboxymethylated prelamin A (FC-PreA) antagonizes both proliferation and apoptosis, therefore playing a role in cellular quiescence/senescence. To accomplish this goal, we studied the transcriptional regulation of zmpste24 and the interaction of FC-preA with proteins that participate in cell cycle control. 1) We identified and characterized a functional site for the E2F1 transcription factor (involved in the control of cell cycle) in the proximal 5’ UTR region of zmpste24. 2) By using proximity-labeling and co-immunoprecipitation-mass spectrometry techniques, we identified a set of proteins that interact preferentially with L467R-Prelamin A (uncleavable mutant) but not with mature Lamin A. Many of these proteins function to regulate progression through cell cycle.

Notre laboratoire s'intéresse aux mécanismes impliqués dans la régulation de l'expression génique et plus particulièrement au rôle de la chromatine dans cette régulation. En effet, chez les eucaryotes l'ADN est compactée autour de protéines appelées histones créant ainsi des nucléosomes lesquels forment une structure plus complexe, la chromatine. Cette dernière est une barrière aux processus cellulaires touchant l'ADN dont la transcription. La compréhension de la régulation de la structure de la chromatine est essentielle pour saisir les variations de l'expression génique. Mon projet de doctorat a porté sur l'étude de la régulation des gènes cibles du récepteur aryl hydrocarbone (AhR), CYP1A1 et CYP1B1, et plus particulièrement sur le rôle du variant d'histone H2A.Z dans l'expression de ces gènes. AhR est un senseur moléculaire auquel va [i.e. vont] se lier de nombreux polluants appartenant principalement à ces deux grandes familles : les hydrocarbones aromatiques halogènes (HAH) et les hydrocarbones aromatiques polycycliques (PAH). En réponse à la liaison de ces polluants, AhR va induire l'expression de ses gènes cibles. CYP1A1 et CYP1B1 sont impliquées dans le métabolisme de l'estradiol (E2) en 2hydroxyestradiol et 4-hydroxyestradiol respectivement. Il a été proposé qu'une diminution du ratio CYP1A1/CYP1B1 soit importante pour l'initiation du cancer du sein. Au cours de mon doctorat, j'ai pu mettre en évidence un rôle du variant H2A.Z dans la régulation de l'expression de CYP1A1 et CYP1B1. J'ai aussi pu montrer que le statut de ER[alpha] déterminait l'importance de H2A.Z lors de l'induction de CYP1A1. De plus, nous avons observé que la déplétion de H2A.Z induit une augmentation de la méthylation de l'ADN au promoteur de CYP1A1. En parallèle, nous avons confirmé que ER[alpha] réprime spécifiquement l'induction de CYP1A1 sans affecter celle de CYP1B1. Nos résultats montrent qu'en présence de TCDD et d'E2, ER[alpha] et DNMT3B sont recrutés au promoteur de CYP1A1, ce qui conduit à une augmentation de la méthylation du promoteur de CYP1A1 et conséquemment à une diminution de son induction. AhR possède de nombreux ligands d'origine très variée qui peuvent être aussi bien toxiques que bénéfiques. Nous avons choisi de comparer deux de ces ligands : le TCDD et le DIM. Au cours de ces travaux, nous avons montré que le DIM utilisé à forte concentration (>50[mu]M) induit les gènes cibles de AhR (CYP1A1 et CYP1B1) mais aussi un arrêt de la croissance et la mort des cellules. À l'opposé, le traitement avec des concentrations plus faible [i.e. faibles] de DIM (10[mu]M) induit principalement les gènes cibles de ER[alpha] (TFF1 et GREB1) et la prolifération des cellules. Nous avons aussi montré que l'activation de ER[alpha] par le DIM est due à l'action de la protéine kinase A (PKA). En effet, l'inhibition de la PKA ainsi que la déplétion de ER[alpha] abolissent les effets du DIM sur l'expression de GREB1 et CYPIA1 ainsi que sur la prolifération cellulaire. En conclusion, nous avons dans un premier temps mis en évidence le rôle de deux protéines, DNMT3B et H2A.Z, dans la régulation de CYP1A1 dans les cellules MCF7. Nous avons ainsi découvert un nouveau corépresseur partenaire de ER[alpha] en DNMT3B et nous avons proposé une nouvelle façon pour ER[alpha] de promouvoir la carcinogenèse en dérégulant le ratio CYP1A1/CYP1B1. Dans un deuxième temps, nous avons montré que la concentration de DIM utilisée dans les expériences peut conduire à des résultats diamétralement opposés sur la croissance cellulaire.

The dynamic nature of eukaryotic chromatin enables the packaging of large amounts of genetic material in a small space. At the same time, it provides controlled access to genomic DNA for a variety of nuclear processes for example, transcription and DNA repair. The transition between open and closed chromatin states is largely governed by ATP-dependent chromatin remodeling complexes, which operate on nucleosomes in concert, to modulate chromatin structure and composition. Exchange of the canonical and variant forms of histones in nucleosomes, and altering the spacing between consecutive nucleosomes, are two major ways which regulate chromatin-based processes and chromatin higher-order organization. The evolutionarily conserved INO80 and ISW1a complexes mediate these two aspects of nucleosome remodeling, respectively. Despite sharing conserved domain architecture of the core remodeling machinery, chromatin remodelers differ significantly in their modes of interaction with nucleosomes, and how they alter histone-DNA contacts. In this study, we have used a site-specific photocrosslinking approach coupled with peptide mapping to determine the interactions of subunits and domains of the S. cerevisiae INO80 and ISW1a complexes with nucleosomes. We find that specific interactions of remodelers with different regions of the nucleosome largely dictate their specialized functions and mechanisms. The ATP-dependent helicase-like (ATPase) domains of remodelers belonging to the ISWI and SWI/SNF families translocate along DNA close to the center of nucleosomes in order to mobilize, space or disassemble nucleosomes. In contrast, we observed that INO80 has a strikingly distinct mechanism, which is different even from its paralog SWR1. INO80 mobilizes nucleosomes as well as catalyzes the exchange of histone variant H2A.Z for the canonical histone H2A, while SWR1 mediates the reverse exchange of H2A for H2A.Z, without being able to mobilize nucleosomes. We have found that INO80, in order to promote H2A-H2B dimer exchange, translocates along DNA at the H2A-H2B interface close to the edge of nucleosomes and persistently displace DNA from H2A-H2B. Blocking either DNA translocation or the accumulation of DNA torsions close to the edge of the nucleosome interferes with this dimer exchange by INO80. SWR1 and other SWI/SNF and ISWI remodeling complexes translocate along DNA at the H3-H4 interface and do not persistently displace DNA from the histone octamer as does INO80. This study shows for the first time an ATP-dependent chromatin remodeler that invades nucleosomes at the DNA entry site instead of the center − a more logical approach for the displacement of H2A-H2B. We also investigated nucleosomal DNA interactions of other INO80 subunits and domains to understand the architecture of INO80 bound to nucleosomes. We found that the HSA (helicase-SANT-associated) domain of Ino80 along with actin-related protein (Arp) subunits Arp8 and Arp4 bind to the extranucleosomal DNA and is potentially involved in a coupling mechanism with the ATPase domain to regulate its activity. We also mapped the DNA binding regions of Arp8 and Arp4, which might be involved in recruiting INO80 to genomic sites. The ISWI remodeler ISW1a regulates the distance (spacing) between nucleosomes in an array by simultaneously interacting with two nucleosomes and directionally remodels one of them. We mapped DNA interactions of ISW1a subunits in mono- and di-nucleosomes. Our results show that the catalytic Isw1 subunit specifically interacts with the region of DNA translocation and DNA entry site of the asymmetrically positioned nucleosome in a di-nucleosome, which is preferentially mobilized. In contrast, the Ioc3 subunit interacts extensively with the linker DNA as well as the extranucleosomal DNA of the un-remodeled nucleosome. This bias in nucleosomal DNA interactions of ISW1a enables directional remodeling, which reveals the molecular basis of nucleosome spacing. We have identified a novel domain within the non-catalytic Ioc3 subunit of ISW1a that regulates nucleosome spacing. We found that when this domain is deleted, the catalytic Isw1 subunit loses its specificity and interacts with both the nucleosomes of a di-nucleosome substrate. This is consistent with the domain-deleted ISW1a mobilizing both nucleosomes efficiently, leading to the loss of its nucleosome spacing activity. In summary, this dissertation explores how different remodeling complexes have customized and regulated modes of nucleosome interaction in order to accomplish specialized remodeling outcomes. INO80 places its ATPase domain for translocation at the H2A-H2B dimer interface and persistently displaces DNA from its surface to promote H2A.Z exchange. Nucleosome spacing by ISW1a requires the catalytic Isw1 subunit to engage with and reposition one out of two consecutive nucleosomes in an array, while the Ioc3 subunit likely monitors the distance between them.

H2A.Z, un variant de l'histone canonique H2A, est conservé chez divers organismes eucaryotes, de la levure aux mammifères, et son incorporation dans la chromatine permet de créer des domaines de chromatine spécialisés. Des analyses de la localisation de H2A.Z à l'échelle du génome ont démontré que H2A.Z se trouve préférentiellement dans les régions promotrices et régulatrices des gènes. De plus, il a été démontré que H2A.Z a une importance dans la régulation positive et négative de la transcription des gènes. H2A.Z est trouvé dans les promoteurs de gènes inactifs ou très peu transcrits et on pense que les nucléosomes contenant H2A.Z forment une structure de la chromatine spéciale qui prépare les nucléosomes à être désassemblés suite à l'activation de la transcription de ces gènes. La divergence principale entre les protéines de H2A.Z et H2A réside dans leurs régions C-terminales contenant le domaine d'amarrage, qui contacte le tétramère H3-H4 et possède une extension de résidus acidiques de l'hélice αC continuant sur l'histone H2B et qui forment une surface d'interaction. On pense que le domaine d'amarrage de H2A.Z pourrait représenter une plateforme de liaison à des partenaires d'interaction afin de moduler les activités de remodelage de la chromatine. Dans le but d'étudier le rôle fonctionnel de la région C-terminale du variant d'histone H2A.Z dans sa localisation génomique et dans le contrôle de la transcription génique, nous avons utilisé des protéines de fusion dérivées de H2A.Z exprimées dans l'organisme modèle Saccharomyces cerevisiae. En comparant les distributions de H2A.Z et des protéines de fusion à l'échelle du génome, nous démontrons que la localisation de H2A.Z au niveau des promoteurs, ainsi qu'à d'autres régions précises des chromosomes et d'autres éléments transcrits, est dépendante de sa région C-terminale. Nous avons observé que les gènes associés à H2A.Z sont impliqués dans plusieurs processus biologiques tels l'organisation du cytosquelette, la transcription des promoteurs reconnus par l'ARN polymérase II, le cycle cellulaire, la réparation de l'ADN, la ségrégation des chromosomes et l'épissage de l'ARN. De manière intéressante, nous démontrons que l'expression des gènes impliqués dans les processus enrichis pour les gènes associés à H2A.Z est dérégulée lorsque la région C-terminale de H2A.Z est modifiée. De plus, nous observons qu'environ le quart des gènes essentiels chez la levure sont des gènes associés à H2A.Z et que la modification de la région C-terminale de H2A.Z affecte également leur expression. Bien que le mécanisme d'action de H2A.Z dans le contrôle de la transcription ne soit pas tout à fait établi, cette étude permet de faire un rapprochement entre la localisation spécifique de H2A.Z aux promoteurs et son implication dans la régulation de la transcription. Dans cette étude, nous démontrons que la modification de la région C-terminale de H2A.Z entraîne des changements d'expression génique pouvant affecter plusieurs processus biologiques, tels que la réparation de l'ADN, la progression et régulation du cycle cellulaire et la mitose, souvent débalancés dans la carcinogenèse. Pour la première fois, nos résultats mettent en évidence un potentiel rôle transcriptionnel global pour la région C-terminale de H2A.Z chez Saccharomyces cerevisiae.