Chez les eucaryotes, le génome est organisé en chromatine, une structure nucléoprotéique essentielle pour la régulation de l’expression génique ainsi que pour le maintien de la stabilité du génome. Les ciliés sont d’excellents organismes modèles pour étudier les mécanismes généraux qui maintiennent l’intégrité du génomes eucaryote. Chez Paramecium tetraurelia, la différentiation du génome somatique à partir du génome germinal est caractérisée par des événements massifs et reproductibles d’élimination d’ADN. D’une part, des éléments répétés (transposons,régions minisatellites), de plusieurs kilobases de long, sont imprécisément éliminés.D’autre part, 45000 séquences courtes et uniques, appelées IES, sont précisément éliminées au nucléotide près. Une classe de petits ARN, appelé scnRNAs, est impliquée dans la régulation epigénétique de l’élimination d’ADN, mais comment les scnRNA contrôlent l’élimination d’ADN reste mystérieux. Nous avons testé l’hypothèse selon laquelle une organisation particulière de la chromatine, en particulier des modifications post-traductionelles des histones associées à des formes répressives de la chromatine, est impliquée dans le processus d’élimination d’ADN. Nous avons montré que la triméthylation de l’histone H3 sur la lysine 9 et la lysine 27 (H3K9me3 et H3K27me3)apparaît transitoirement dans le noyau somatique en développement au moment où se produisent les événements d’élimination d’ADN. Nous avons identifié la protéine de type Polycomb, Ezl1, et montré qu’elle est une histone methyltransferase qui présente une dualité de substrat et catalyse à la fois la mise en place de K9me3 et K27me3 sur l’histone H3. Nous avons montré que la déposition de H3K9me3 et H3K27me3 dans le noyau en développement requiert les scnRNAs. Des analyses de séquençage haut débit ont montré que Ezl1 est requise pour l’élimination des longues séquences répétées germinales, suggérant que les scnRNA guident la déposition des marques d’histones au niveau de ces séquences. Au contraire des régions répétées du génome, les IES montrent une sensibilité différente aux scnRNAs et à Ezl1, suggérant que plusieurs voies partiellement chevauchantes sont impliquées dans leur élimination. Notre étude montre que des caractéristiques intrinsèques des séquences d’ADN, telles que leur taille, peut contribuer à la définition des séquences germinales à éliminer. De manière intéressante, nous avons aussi montré que Ezl1 est requise pour la répression transcriptionnelle des éléments transposables. Nous suggérons que les voies H3K9me3et H3K27me3 coopèrent et contribuent à préserver le génome somatique de Paramecium des parasites génomiques. / Eukaryotic genomes are organized into chromatin, a complex nucleoprotein structureessential for the regulation of gene expression and for maintaining genome stability.Ciliates provide excellent model organisms with which to gain better understandinginto the regulation of genome stability in eukaryotes. In the ciliate Parameciumtetraurelia, differentiation of the somatic genome from the germline genome ischaracterized by massive and reproducible programmed DNA elimination events. Longregions of several kilobases in length, containing repeated sequences and transposableelements are imprecisely eliminated, whereas 45,000 short, dispersed, single-copyInternal Eliminated Sequences (IESs) are precisely excised at the nucleotide level. Aspecific class of small RNAs, called scnRNAs, is involved in the epigenetic regulation ofDNA deletion. How scnRNAs may guide DNA elimination in Paramecium remains tobe discovered. Here, we investigated whether chromatin structure, in particular histonepost-translational modifications known to be associated with repressive chromatin,might control DNA elimination. We showed that trimethylated lysine 9 and 27 onhistone H3 (H3K9me3 and H3K27me3) appear in the developing somaticmacronucleus when DNA elimination occurs. We identified the Polycomb-groupprotein, Ezl1, and showed that it is a dual histone methyltransferase that catalyzes bothH3K9me3 and H3K27me3 in vitro and in vivo. Genome-wide analyses show thatscnRNA-mediated H3K9me3 and H3K27me3 deposition is necessary for theelimination of long, repeated germline DNA. Conversely, single copy IESs displaydifferential sensitivity to depletion of scnRNAs and Ezl1, unveiling the existence ofpartially overlapping pathways in programmed DNA elimination. Our study revealsthat cis-acting determinants, such as DNA length, also contribute to the definition ofgermline sequences to delete. We further showed that Ezl1 is required fortranscriptional repression of transposable elements. We suggest that H3K9me3 andH3K27me3 pathways cooperate and contribute to safeguard the Paramecium somaticgenome against intragenomic parasites.

L'hétérochromatine péricentromérique semble jouer un rôle dans la régulation de l'expression génique et par conséquent dans le potentiel de développement des embryons. Nous avons fait l'hypothèse qu'une marque épigénétique, H3S10P, pourrait être un nouveau marqueur permettant le suivi des régions péricentromériques dans l'embryon préimplantatoire de souris. Par des techniques d'immunofluorescence et d'immuno-FISH couplées à de la microscopie en haute résolution, nous avons montré que la distribution de H3S10P dans les embryons de souris est différente de celle observée dans les cellules somatiques. Durant les stades 1 à 4-cellules, H3S10P est détectée en interphase autour des précurseurs des nucléoles (NPB), où elle colocalise avec les sondes ADN reconnaissant l'hétérochromatine péricentromérique, puis marque les bras chromosomiques sur toute la durée des phases de mitose. Après le stade 4-cellules, la distribution de H3S10P redevient similaire à ce qui est connu dans les cellules somatiques, avec un marquage au niveau des chromocentres seulement en fin d'interphase et sur les chromosomes mitotiques seulement jusqu'à la télophase. Cette cinétique particulière observée semble liée à l'absence de la kinase Aurora B aux stades les plus précoces. Nous avons également comparé la localisation de H3S10P avec celle d'autres marqueurs associés à l'hétérochromatine péricentromérique comme H3K9me3, HP1 β et la double modification H3K9me3S10P et en avons conclu que H3S10P est un meilleur marqueur pour l'hétérochromatine péricentromérique des deux génomes parentaux. Enfin, comme les embryons clonés obtenus par transfert nucléaire à partir de cellules somatiques (SCNT) montrent une redistribution anormale de l'hétérochromatine péricentromérique ainsi qu'un développement altéré, nous avons utilisé H3S10P pour détecter les remaniements de l'hétérochromatine après SCNT. Nos résultats montrent que, contrairement aux autres marqueurs, H3S10P n'est présente que sur la portion de l'hétérochromatine qui est correctement remaniée, tandis que l'hétérochromatine incorrectement reprogrammée conserve la signature épigénétique de la cellule donneuse. / Pericentromeric heterochromatin appears to be involved with gene regulation and therefore with the developmental potential of embryos. We hypothesized that an epigenetic modification, H3S10P, could be a new marker to follow pericentromeric heterochromatin in preimplantation mouse embryos. Using immunofluorescence, immunoFISH and high resolution microscopy, we observed that H3S10P shows a different distribution pattern in mouse embryos than in somatic cells. It is detected early in interphase around the Nucleolar-Precursor Bodies from 1- to 4-cell, in co-localization with the DNA probes for pericentromeric heterochromatin, and is seen in the chromosome arms throughout mitosis. In fact, H3S10P shows a similar kinetic as seen in somatic cells only after the 4-cell stage: being solely observed in the chromocenters during late interphase and on the mitotic chromosomes until telophase. This distribution seems related to the absence of Aurora B kinase in the earlier stages. We have also compared H3S10P to other related pericentromeric heterochromatin markers such as H3K9me3, HP1β and the double modification, H3K9me3S10P, and concluded that H3S10P is a better marker for pericentromeric heterochromatin of both parental origins. Finally, as cloned embryos often show abnormal pericentromeric heterochromatin remodelling and impaired development after Somatic Cell Nuclear Transfer (SCNT), H3S10P was used to track down heterochromatin reprogramming after SCNT. Our results show that H3S10P underlines only the portion of heterochromatin which is remodelled when compared with the other related markers and that the unremodelled portion maintains the epigenetic signature of the donor cell.

Der SET-Bereich befindet sich unter den verschiedenen Proteinsequenzbereichen, die mit epigentischer Regulation hauptsächlich durch die Präsenz von Trihtorax (trxG) und Polycomb (PcG) Gruppen von Chromatinmodifikatoren in Zusammenhang gebracht werden. Nach der Entdeckung des ersten SET-Bereichs vor einigen Jahren, welcher die Histon-Lysin-Methyltransferase (Su(var)39) enthält, wurde den Proteinen mit SET-Bereich sehr viel Aufmerksamkeit geschenkt. Obwohl die Histon-Lysin-Methylierung schon länger als 30 Jahre bekannt ist, war ihre Funktion vor diesem überragenden Ergebnis größten Teils unbekannt. In meiner Arbeit beschreibe ich die kombinatorische und funktionale Charakterisierung von 3 Hefe Proteinkomplexen durch die Anwendung von proteomischer SEAM (Sequential Epitope Tagging and Mass Spectrometry). Zwei dieser Komplex enthalten einen SET-Bereich und die Dritte ist der Rad6 Komplex aus S. pombe (Sp_Rad6C). Der Set1 Komplex (Set1C) beinhaltet 8 Bausteine, methylisiert Lysin 4 in Histon H3 und ist die erste, entdeckte Histone H3 Lysin 4 Methyltransferase. Es beinhaltet ein Ash2 Homolog (Bre2), einen bekannten Baustein von trxG. Kürzlich wurden Rad6 beinhaltende Komplexe gezeigt, die in engem Bezug zu der H3-K4 und H3-K79 Methylation durch ubiquitinierung von Histon H2B und die Etablierung von trans-histonen Signalwegen stehen. Unsere Analysen von Sp-Rad6C führten zu mehreren interessanten Ansichten. Der Set3 Komplex (Set3C) hat keine feststellbare Aktivität einer Methyltransferase, enthält jedoch zwei Histon deacetylasen (HDACs) ? eine klassische HDAC (Hos2) und eine NAD-abhängige HDAC (Hst1). Unsere funktionelle Analyse von Set3C zeigt, dass Set3C bei der Regulierung des meiotischen Genexpressionsprogramms in knospenden Hefen (S. cerevisiae) beteiligt ist. Evolutionbiologisch betrachtet, ist die Spalt-Hefe (S. pombe) sehr weit von S. cerevisiae entfernt und wird meist als ein besserer Modellorganismus fur höhere Eukaryoten angesehen. In einem Versuch, unser Wissen uber andere Organismen zu vergrößern, haben wir ähnliche Untersuchungen in S. pombe unternommen und haben herausgefunden, dass Set1C in beiden Hefen sehr stark konserviert ist. Darüberhinaus waren die Set1-Ash2 Verbindungen konserviert und wir nehmen an, dass auch in höheren Eukaryoten Set1-ahnliche Methyltransferasen Ash2-ahnliche Proteinen angehören. Dies wurde später durch mehrere Studien von anderen Gruppen bestätigt, die an Säugetieren arbeiten. Was Set3C anbelangt, wurden unsere weiteren Analysen nur durch vergleichende Proteomik beschränkt. Wir zeigen, dass der proteomische Kern von Set3C in Spalt-Hefe konserviert wird. Im Gegensatz zu Set3C in S. cerevisiae, beinhaltet diese in S. pombe nur eine HDAC, die zur Hos2 Familie gehört,. Die präsentierte Arbeit hat auch viele Auswirkungen auf die übergreifende Organisation von Proteomen. Wir beschreiben verschiedene Beispiele von gemeinsamen Komponenten zwischen unterschiedlichen Komplexen und prägen den Begriff "proteomischer Hyperlink". Wir waren in der Lage zu zeigen, dass proteomische Kerne sogar für unwesentliche Proteinkomplexe hoch konserviert sind. Die generelle proteomische Schaltung über proteomische Hyperlinks scheint jedoch verworrener und unvorhersehbar zu sein. Wir schlussfolgern, dass die Erschaffung von zuverlässigen, detailierten, proteomischen Abbildungen, welche auf dem Wissen von niederen Organismen fundieren, zur Zeit nicht möglich ist.

No description available.

Adenovirus (Ad) is a widely studied DNA virus, but the nucleoprotein structure of the viral genome in the cell is poorly characterized. Our objective is to study Ad DNA-protein associations and how these affect the viral life cycle. Most of the viral DNA condensing protein, protein VII, is lost within a few hours of infection and this loss is independent of transcription. Cellular histones associate with the viral DNA after removal of protein VII, with a preferential deposition of H3.3. Micrococcal nuclease accessibility assays at 6 hpi showed laddering of the viral DNA, suggesting the genome is wrapped in physiologically spaced nucleosomes. Although viral DNA continues to associate with H3.3 at late times of infection, the overall level of association with histones is greatly reduced. Knockdown of the H3.3 chaperone HIRA had no effect on the viral life cycle suggesting that other H3.3 chaperones are involved. Our studies have begun to elucidate the nucleoprotein structure of Ad DNA in the infected cell nucleus.

Diss. (sammanfattning) Stockholm : Karolinska institutet, 2007. / Härtill 6 uppsatser.

Le gène suppresseur de tumeur LKB1 code une protéine sérine/thréonine kinase qui régule le métabolisme et la polarité cellulaires. LKB1 exerce une partie de ses fonctions biologiques en phosphorylant et en activant les 14 kinases appartenant à la famille des protéines kinases activées par l'AMP (AMPK). Le membre éponyme de cette famille, AMPK, agit comme un senseur nutritionnel essentiel dans la cellule. La recherche que j'ai conduite au cours de ma thèse a porté sur le mode de régulation de LKB1. L'holoenzyme LKB1, un hétérotrimère comprenant deux autres protéines appelées STRAD et MO25, est dotée d'une activité catalytique constitutive. Mon travail a permis de montrer que la lysine 48 de LKB1 est acétylée par l´acétyltransférase GCN5. Par des approches biochimiques et des techniques d'imagerie, j'ai montré que l'acétylation de LKB1 par GCN5 favorise sa localisation nucléaire, la fraction non-acétylée étant localisée à la fois dans le cytoplasme et le noyau. GCN5 promeut également l´export cytoplasmique de LKB1 de manière HAT-indépendente et régule son niveau d´expression. Afin de préciser la contribution de cette acétylation à la fonction in vivo de LKB1, j'ai utilisé le modèle expérimental de la crête neurale (CN) chez le poulet. En effet, j'ai été impliquée au cours de ma thèse dans une étude issue du laboratoire, qui a établi que l'activité de LKB1 est requise pour la délamination, la migration polarisée et la survie des cellules de la CN céphalique. Ces dernières contribuent à la formation de la majorité du squelette cranio-facial des vertébrés. Le signal LKB1 dans ces cellules est relayé par l'AMPK et la kinase ROCK et converge sur le moteur moléculaire dépendant de l'actine, la Myosine II. A l'aide du même modèle expérimental, j'ai montré que GCN5 est exprimé dans les cellules de la CN au cours de l'embryogenèse et que l'interaction fonctionnelle entre LKB1 et GCN5 est nécessaire à l'activité de LKB1 au cours de l'ontogénie des cellules de la CN céphalique et donc de la formation de la tête. / The tumor suppressor gene LKB1 encodes a serine/threonine kinase which regulates the cellular metabolism and polarity. Its biological activity is partly exerted through the phosphorylation and activation of 14 kinases which belong to the AMP-activated protein kinases (AMPK). The eponym member of this family acts as an essential nutritional sensor in the cell. The research that I conducted during my PhD focused on the regulation of LKB1. The LKB1 holoenzyme is a constitutively active heterotrimer comprising two other proteins called STRAD and MO25. My PhD project shows that LKB1 is acetylated on the lysine 48 residue by the acetyltransferase GCN5. Using biochemical approaches and cell imaging, I have shown that the acetylation of LKB1 by GCN5 favors its nuclear localization, while the non-acetylated fraction is localized in both the nucleus and the cytoplasm. GCN5 also promotes the cytoplasmic export of LKB1 in an HAT-independent manner and regulates its expression levels. In order to investigate the contribution of this acetylation to the functions of LKB1 in vivo, I have used the experimental model of the neural crest (NC) in chick embryos. Indeed, during my PhD, I have contributed to a study, initiated by my host laboratory, in which we show that LKB1 is required for the delamination, polarized migration and survival of neural crest cells (NCCs) which contribute to the formation of most craniofacial structures in vertebrates. LKB1 signaling is mediated by AMPK and the ROCK kinase and converges towards the actin-dependent molecular motor, Myosin II. Using the same experimental model, I have shown that GCN5 is expressed in NCCs during embryogenesis and that the functional interaction between GCN5 and LKB1 is essential for the activity of LKB1 in the cephalic NCCs ontogenesis and head formation.

Afin d’initier la transcription par l’ARN Polymérase II, la chromatine est modifiée par des coactivateurs, dont certains catalysent des modifications post-traductionnelles des queues des histones. La protéine GCN5 est une enzyme qui possède une activité histone acétyltransférase (HAT). Elle fait partie du complexe coactivateur SAGA, qui acétyle les histones H3. Or, il existe un second complexe HAT contenant GCN5 : le complexe ATAC, mis en évidence chez la drosophile. Chez l’homme en revanche, l’existence d’un tel complexe n’avait pas encore été démontrée au début de ma thèse.L’objectif de ma thèse a consisté tout d’abord en la purification et la caractérisation du complexe HAT ATAC chez l’homme. Puis, j’ai cherché à comprendre le fonctionnement et la spécificité d’action du complexe ATAC, par rapport au complexe SAGA.Dans une première partie, j’ai ainsi pu montrer que GCN5 fait partie d’un second complexe chez l’homme, le complexe ATAC. La composition en sous-unités du complexe ATAC a été déterminée et l’activité de ce dernier sur les histones étudiée. Nous avons pu démontrer que, comme hSAGA, hATAC acétyle les histones in vitro et in vivo, et préférentiellement la lysine 14 de l’histone H3. Chez les vertébrés, un paralogue de GCN5, PCAF peut se substituer à GCN5 dans les complexes ATAC ou SAGA.Par la suite, j’ai poursuivi la caractérisation de ces complexes HAT afin de comprendre le rôle des enzymes au sein des complexes et leurs fonctions. Pour cela, j’ai voulu comprendre le rôle des sous-unités, comment elles influencent l’activité de l’enzyme, et ainsi identifier les protéines qui permettent la spécificité de hATAC par rapport à hSAGA. / In order to initiate the transcription by the RNA polymerase II, chromatin needs to be modified by coactivators. Some of these coactivators are histone post-translational modifying complexes. GCN5 is a histone acetyltransferase enzyme (HAT), which can acetylate the histones. This enzyme is found in a multiproteic complex named SAGA. Recently, a second HAT complex containing GCN5 was discovered: ATAC, in drosophila. At the beginning of my thesis, the existence of such complex in human was not shown.My thesis objectives were then to identify and characterize an ATAC complex in human cells. In a first part, we purified and identified the composition in subunits of human ATAC. Then we studied the activity and specificity of ATAC on histone substrates, compared to SAGA. Next, we were wondering how the subunits of the two HAT complexes could play a role on the regulation of the activity of the enzyme GCN5, in order to understand the histone specificity of ATAC and SAGA.

La variante d’histone H2AZ joue un rôle important dans l’activation de la transcription, la prolifération cellulaire, le développement et la différentiation. H2AZ orne les promoteurs de la majorité des gènes, mais les mécanismes de bases de cette localisation sont inconnus. La compréhension de l’assemblage et du désassemblage du nucléosome passe par la caractérisation de la dynamique du nucléosome et des chaperonnes d’histones. L’objectif de ma thèse était d’identifier des chaperonnes spécifiques impliqués dans la dynamique de H2AZ en utilisant une approche de protéomique. Pour élucider les mécanismes de déposition/éviction de H2AZ, j’ai purifié le complexe prénucléosomale de H2AZ et j’ai caractérisé toutes les protéines associées. J’ai trouvé que Anp32e fait partie du complexe p400/TIP60 qui est présumée pour être responsable de l’échange d’H2AZ sur la chromatine. Anp32e présente une spécificité pour le dimère H2AZ-H2B, car il n’interagit pas avec le dimère H2A-H2B. L’interaction est accomplie au niveau d’une petite région dans le domaine d’ancrage sur H2AZ et au niveau d’un nouveau domaine ZID sur Anp32e. Finalement, j’ai montré que la suppression d’Anp32e entraine : un défaut dans la dé-répression des gènes dont l’expression est contrôlée par une hormone et une accumulation sur les promoteurs de ces derniers. Dans l’ensemble ces résultats identifient Anp32e comme une nouvelle chaperonne de la variante d’histoneH2AZ impliquée dans l’éviction de H2AZ chez les mammifères. / The histone variant H2AZ has emerged as a key regulator of chromatin function and plays an essential role in transcriptional activation, cell proliferation, development, and differentiation. H2AZ marks nucleosomes flanking the promoters of most genes, but the mechanistic basis for this localization is unknown. A mechanistic understanding of nucleosome assembly/disassembly requiresa detailed knowledge of nucleosome thermodynamics and histone chaperones. The aim of my thesis was to identify specific chaperone involved in H2AZ dynamic by using biochemical and proteomic strategies. To elucidate the mechanism of H2AZ deposition/eviction, I purified the prenucelosomal H2AZ complex and characterized in details the interacting protein partners. I found that Anp32e is a member of the presumed H2A.Z histone-exchange complex p400/TIP60. Bacterially expressed Anp32e binds only to the H2AZ/H2B dimers but not to the H2A/H2B. Anp32e interacts with a short region of the docking domain of H2A.Z. The binding occurred through a novel Anp32e motif, termed ZID. Finally, I show that down regulation of Anp32e interferes with both the de-repression of hormone dependent genes and H2A.Z removal from their promoter. Our data identified Anp32e as a novel mammalian H2AZ chaperone invoved in H2AZ eviction.

Chez les Eucaryotes, l’étape d’initiation est de loin la plus complexe et la plus lente du processus de traduction. Elle nécessite l’intervention de 12 facteurs protéiques, d’une coiffe m7GpppN située à l’extrémité 5’ des ARNm et d’une queue poly(A) en 3’. Les ARNm des histones « réplication-dépendantes » sont particuliers car dépourvus d’extrémité 3’ polyadénylée et dotés d’une extrémité 5’ non traduite extrêmement courte, de 9 nt seulement chez l’ARNm H4 de la souris. Pour traduire ces ARNm, un processus d’initiation non conventionnel a été décrit au laboratoire. L’objectif de ma thèse a été d’établir les bases structurales de ce mécanisme en combinant différentes approches expérimentales. Deux protocoles originaux de repliement ont été mis au point afin d’isoler l’ARNm H4 dans deux conformations distinctes et stables. Une caractérisation fonctionnelle et structurale de ces deux formes de l’ARNm a ensuite été réalisée. La stabilité et la structure de ces deux formes ont été étudiées par DLS, par SAXS et par équilibre de sédimentation. Puis, nous avons étudié la capacité de ces deux formes d’ARNm H4 à fixer le facteur d’initiation eIF4E et les ribosomes assemblés sur le codon d’initiation ainsi que leur aptitude à être traduits in vitro. Un modèle de repliement de la structure secondaire de l’ARNm H4 a été construit après sondage enzymatique et chimique des deux formes de l’ARNm. Ce modèle a servi de base pour le travail d’ingénierie de l’ARNm H4 qui a conduit à son découpage en sous-domaines. Des essais de cristallisation ont porté sur 18 de ces fragments ainsi que sur les deux formes de l’ARNm H4 complet. / In eukaryotes, the initiation step is far more complex and the slowest inside the translation process. It requires the intervention of 12 protein factors, an m7GpppN cap located to the 5 'end of the mRNA and a poly (A) tail at the 3'. Histone mRNAs "replication-dependent" are specific because they lack of polyadenylated tail at the 3’ end and have a 5' end untranslated extremely short (9 nt only in the mouse). To translate these mRNAs, a process of unconventional initiation has been described in the laboratory. The aim of my thesis was to establish the structural basis of the mechanism by combining different experimental approaches. Two original refolding protocols have been developed to isolate mRNA H4 in two distinct and stable conformations. A functional and structural characterization of these two shapes of H4 mRNA was then performed. The stability and the structure of these two shapes have been studied by DLS, SAXS and sedimentation equilibrium. Then, we studied the ability of these two conformations of H4 mRNA to bind the eIF4E initiation factor and ribosomes assembled on the start codon as well as their ability to be translated in vitro. Models of the secondary structure has been constructed after enzymatic and chemical probing of the two shapes of the mRNA. This model was the basis for the engineering of the H4 mRNA that led to its division into sub-domains. Crystallization trials focused on 18 of these fragments as well as on both H4 mRNA shapes.