Zusammenfassung Die Asteraceae Brachycome dichromosomatica ist eine besonders geeignete Spezies, um B-Chromosomen zu analysieren. Die auf den B-Chromosomen-lokalisierte 45S rDNA wurde auf Ursprung und Funktion untersucht. Die Mikrodissektion von B-Chromosomen und PCR-Amplifikation ermöglichte es, B-Chromosomen-spezifische ITS2-Sequenzen der 45S rDNA zu erhalten. Auffallend bei dieser Analyse waren zwei beständige Differenzen zwischen den Sequenzen von A- und B-Chromosomen. Phylogenetische Untersuchungen identifizierten keine Spezies, die eine ITS2-Sequenz hatte, die ähnlicher zu der B-Chromosomen-ITS2-Sequenz war als die A-Chromosomen-ITS2-Sequenz von B. dichromosomatica. Es wurde ein Ursprung der B-Chromosomen in der Zeit vor der Ausbildung der vier Cytodeme von B. dichromosomatica postuliert. Die Analyse der Assoziationen von Mikro-B-Chromosomen mit dem Nukleolus ergab, dass 70% der Mikro-B-Chromosomen nicht mit dem Nukleolus assoziierten. Die hohe Frequenz von nichtassoziierten Mikro-B-Chromosomen weist auf eine Inaktivität der Mikro-B-Chromosomen-lokalisierten 45S rDNA hin. Die Immunfluoreszenzmarkierung zeigte, dass sich das Chromatin der A- und B-Chromosomen deutlich in der euchromatischen Histon-H3-Methylierung unterscheidet. Während die A-Chromosomen deutliche Immunfluoreszenzsignale aufwiesen, zeigten die Mikro-B- und Standard-B-Chromosomen nur eine schwache Markierung mit Antikörpern gegen Histon H3K4me1,2,3, H3K9me3 und H3K27me2,3. Die heteropygnotischen, mit Tandem-Repeats angereicherten Mikro-B-Chromosomen waren dabei noch weniger mit diesen euchromatischen Markierungen gekennzeichnet als die Standard-B-Chromosomen. Keine Unterschiede zwischen den A- und B-Chromosomen wurden für die heterochromatischen Markierungen Histon H3K9me1,2 und H3K27me1 gefunden, was darauf hinweist, dass die B-Chromosomen nicht spezifisch durch zusätzliche heterochromatische Histonmarkierungen gekennzeichnet sind. / Summary The Asteraceae Brachycome dichromosomatica is a suitable species for the analysis of B chromosomes (Bs). The origin and activity of micro B-located 45S rDNA of was analysed. Microisolation of Bs and PCR with internal transcribed spacer 2 (ITS2)-specific primers succeeded in the isolation of B-specific ITS2-sequences. ITS2 was sequenced for micro B, large B and A chromosomes, and conserved differences were identified between sequences originating from A and both types of Bs. Phylogenetic analysis did not identify a species that contained an ITS2 sequence that was more similar to either of the B’s sequences than that of the B. dichromosomatica A chromosomes (As). Thus, an origin of the Bs from As at a time prior to the divergence of the four cytodemes of B. dichromosomatica is suggested. Because 70% of micro Bs did not co-localize with the nucleolus I conclude that micro B-located 45S rDNA is not constitutively transcribed. Immunofluorescence demonstrates that the chromatin in A and both types of Bs differs markedly in euchromatic histone H3 methylation marks. While A chromosomes are labelled brightly, the micro B and large Bs are faintly labelled with antibodies against H3K4me2/3, H3K9me3 and H3K27me2/3. The heteropycnotic, tandem-repeat enriched micro Bs were even less labelled with euchromatic histone H3 methylation marks than large Bs. No differences between A and Bs were found as to the heterochromatic marks H3K9me1/2 and H3K27me1, indicating that Bs are not additionally labelled by heterochromatin typical histone H3 modifications. 1

No description available.

No description available.

Cytogenetics of mesothelid spiders is largely unkown. The presented diploma thesis is focused on the karyotype evolution of these spiders. As it is the most basal group of spiders, the analysis of its cytogenetics can bring important data about ancestral spider karyotype. In the framework of my thesis, I analysed diploid chromosome numbers, chromosome morphology, meiotic division, sex chromosomes and the pattern of selected molecular markers that were detected by fluorescence in situ hybridization. According to my results, mesothelid spiders have a high number of chromosomes and the prevalence of monoarmed chromosomes. Unlike other spiders, mesothelids have little differentiated sex chromosomes. Key words: evolution, spider, chromosome, karyotype, fluorescence in situ hybridization, nucleolar organiser region, sex chromosomes

1 Abstract: The diploma thesis focuses on study of sex chromosomes evolution and repetitive organized genes of chosen mygalomorph and araneomorph spiders. Spiders are characterized by complexicity of sex chromosome systems, their karyotypes contain multiple sex chromosomes X. Besides multiple X chromosomes they also contain a pair or two pairs of nondiferentiated sex chromosomes X and Y. The used methods include methods of classical cytogenetics (preparation of chromosome slides, C-banding) and methods of molecular cytogenetics (fluorescent in situ hybridization and comparative genome hybridization). Complex sex systems were discovered in the studied Theraphosidae spiders. In Theraphosidae spiders Atropothele socotrana and Poecilotheria vittata neo-sex chromosomes were found. Analysis of molecular differentiation of sex chromosomes suggests low differentiation of Y chromosome in neo-sex chromosomes and pair of nondifferentiated sex chromosomes XY. In haplogyne spider Kukulcania aff. hibernalis (X1X2Y), the Y chromosome was significantly differentiated, male specific signal covered the whole chromosome. Detection of 18S rDNA showed that karyotypes of majority of analysed Theraphosidae spiders and haplogyne spiders contain low number (1 or 2) of nucleolar organizing regions localized terminally, which...

Karyotypes of mygalomorph spiders are not satisfactorily known. This thesis is focused on the basic cytogenetic analysis of selected species of African clades of theraphosid mygalomorphs. It includes four subfamilies: Eumenophorinae, Harpactirinae, Ischnocolinae and Stromatopelminae. Diploid numbers, chromosome morphology, sex chromosome systems and chromosome behaviour in male germline in the selected species of African theraphosid subfamilies were studied. The findings support published results, that refer of high karyotype diversity in Theraphosidae. Diploid chromosome number reduction is probably a basic trend of theraphosid karyotype evolution. The majority of analysed species exhibited one, two or three sex chromosomes. In some species neo-sex chromosome systems were found. In some species one or two sex chromosome pairs (SCP), composed of chromosomes which lack morphological differentiation were detected. Nucleolus organizer regions were detected by fluorescent in situ hybridization in several species. Constitutive heterochromatin detection was performed by C-banding in two species. Keywords: constitutive heterochromatin, diploid number, karyotype, fluorescence in situ hybridization, Mygalomorphae, nucleolus organizer region, SCP, sex chromosome, spider, Theraphosidae

Pour se défendre des effets délétères des éléments transposables, les pezizomycotina ont développé un système de défense génétique et épigénétique appelé « Repeat Induced Point Mutation » (RIP). Chez N. crassa, le RIP survient dans la cellule dicaryotique avant la caryogamie et conduit à la méthylation de novo des cytosines (5mC) inclues dans les séquences répétées de chacun des noyaux parentaux haploïdes. De plus, certaines de ces cytosines sont la cible d’un processus de mutation qui les transforme en thymines. Cette étape est suivie par la mise en place locale de l’hétérochromatine constitutive permettant une répression transcriptionnelle durable des séquences cibles du RIP au cours des divisions nucléaires. L’acteur majeur du RIP correspond à une cytosine méthyltransférase putative appelée RID (RIP Defective). Bien que son génome ne montre pas une quantité significative de 5mC, l’inactivation de PaRid chez Podospora anserina aboutit à un blocage du développement sexué survenant après la fécondation. Dans ce contexte, nous avons voulu déterminer si la fonction de PaRid dans le développement sexué consiste à éteindre l’expression de gènes cibles via l’installation de foyers d’hétérochromatine constitutive aux loci concernés. Pour ce faire, nous avons identifié les gènes PaKmt1 et PaHP1, codant respectivement l’histone méthyltransférase PaKmt1 (l’homologue de SU(VAR)39 qui catalyse la tri-méthylation du résidu H3K9 (H3K9me3) et PaHP1 (l’homologue de Heterochromatin Protein 1 qui se lie à H3K9me3). Les deux protéines interviennent dans une même voie de régulation qui aboutit à la mise en place de l’hétérochromatine constitutive. Par opposition, PaKmt6, homologue de l’histone méthyltransférase E(Z), correspond à la sous-unité catalytique du complexe PRC2 qui catalyse la marque H3K27me3 pour permettre l’établissement de l’hétérochromatine facultative. Nos résultats ont montré que l’absence de PaKmt1 et PaHP1 ne provoquent que des défauts mineurs. A l’inverse, l’inactivation du gène PaKmt6 conduit à un ensemble de défauts sévères : croissance végétative altérée, surproduction des gamètes mâles, malformations critiques des fructifications, production très réduite d’ascospores dont la germination est pour partie déficiente. Une étude d’épistasie a montré que les protéines PaRid et PaKmt6 interviennent chacune dans deux voies développementales distinctes. Par ailleurs, nous avons établi par immuno-précipitation de la chromatine les profils de distribution à l’échelle du génome entier des modifications H3K9me3, H3K27me3 et H3K4me3. Caractéristique rare, la marque H3K9me3 colocalise avec H3K27me3 sur des gènes transcriptionnellement réprimés et les séquences répétées ripées. Conformément à sa fonction canonique, H3K4me3 est présente en 5’ des gènes transcrits et est exclue des domaines H3K9me3 et H3K27me3. Comme attendue, PaKmt6 est essentielle à la mise en place de la marque H3K27me3, mais, de manière surprenante, elle serait aussi impliquée dans le dépôt et/ou le maintien d’une partie des marques H3K9me3, dévoilant ainsi une voie de méthylation non canonique de ces résidus. / In pezizomycotina, transposable elements are targeted by a genome defense system named Repeat Induced Point Mutation (RIP). First described in Neurospora crassa, RIP occurs before karyogamy in each parental haploid nucleus of the dikaryotic cells and results, within the repeats, in de novo methylation of cytosine (5mC) and mutations, mainly C to T transitions. This initial step triggers local assembly of constitutive heterochromatin, which allows transcriptional gene silencing. RID (RIP Defective) is a putative cytosine methyltransferase essential for RIP. Despite the absence of 5mC in its genome, PaRid inactivation in Podospora anserina results in sexual reproduction arrest right after fertilization. In this context, we asked whether PaRid is required to silence expression of some of sexual development-specific genes by nucleation of constitutive heterochromatin. To this end, we identified PaKmt1 and PaHp1 genes encoding respectively the histone methyltransferase PaKmt1 (SU(VAR)39 homologue protein) and the heterochromatin protein 1 (PaHP1). To assemble constitutive heterochromatin, PaKmt1 catalyses tri-methylation of H3K9 (H3K9me3), latter on bound by PaHP1. By contrast, the E(Z) histone methyltransferase homologue PaKmt6, as part of the PRC2 complex, catalyses tri-methylation of H3K27 (H3K27me3) to form facultative heterochromatin. Our results showed that loss of either PaKmt1 or PaHP1 does not cause major defects. Conversely, PaKmt6 gene inactivation results in severe defects: altered mycelium and vegetative growth rate, overproduction of male gamete, development of crippled fructifications, reduced production ascospores, part of which does not germinate. Furthermore, epistatic study showed that PaRid and PaKmt6 likely act in two different developmental pathways, with respect to sexual reproduction. In addition, using chromatin immuno-precipitation we characterized H3K9me3, H3K27me3 and H3K4me3 genome-wide distribution patterns. We observed an uncommon overlapping distribution between H3K9me3 and H3K27me3 on transcriptionally repressed genes and RIP target repeats. As expected, H3K4me3 localizes in 5’ of the transcribed genes and is excluded from the H3K9me3 and H3K27me3 domains. As expected, PaKmt6 is essential for H3K27me3 modification, but surprisingly, could also be responsible for some of the H3K9me3 setting up or maintenance.

Cytogenetics of mesothelid spiders is largely unkown. The presented diploma thesis is focused on the karyotype evolution of these spiders. As it is the most basal group of spiders, the analysis of its cytogenetics can bring important data about ancestral spider karyotype. In the framework of my thesis, I analysed diploid chromosome numbers, chromosome morphology, meiotic division, sex chromosomes and the pattern of selected molecular markers that were detected by fluorescence in situ hybridization. According to my results, mesothelid spiders have a high number of chromosomes and the prevalence of monoarmed chromosomes. Unlike other spiders, mesothelids have little differentiated sex chromosomes. Key words: evolution, spider, chromosome, karyotype, fluorescence in situ hybridization, nucleolar organiser region, sex chromosomes

La chromatine embryonnaire subit des changements nécessaires pour l’établissement d’un nouveau programme développemental. Ce travail a étudié l’organisation de l’hétérochromatine au cours du développement sous trois facettes. La première étant celle de d’hétérochromatine constitutive, à travers, l’établissement forcé de la marque H4K20me3 qui provoque un arrêt du développement préimplantatoire. Ce phénotype dépend spécifiquement de l’activité de la methyltransferase SUV4-20h2 et induit l’activation de la voie de signalisation ATR qui bloque la phase de réplication. En deuxième partie, l’hétérochromatine facultative a été le sujet d’une analyse de l’expression des protéines du complexe non-canonique PRC1 et de la modification H2AK119ub qui en résulte. Finalement, une analyse de la chromatine embryonnaire a été mise en place et a permis la détection des changements de niveau de compaction au cours du développement préimplantatoire. / Embryonic chromatin undergoes necessary changes to establish a new developmental program. This work has addressed the organization of heterochromatin in preimplantation embryos from three angles. The first part probed the absence of constitutive heterochromatin by forcing the establishment of the H4K20me3 mark which results in an embryonic arrest prior to the 2-cell stage. This phenotype is due to the specific histone methyl-transferase activity of SUV4-20h2 and is induced by ATR activation which blocks replication. In the second part, facultative heterochromatin was studied by analyzing the levels of several members of the non-canonical PRC1 complex as well as the resultant modification H2AK119ub. Finally, an analysis of the embryonic chromatin was set up and allowed for the measurement of changes in the chromatin openness during preimplantation development.

Une réponse rapide et adaptée est nécessaire à la survie des cellules soumises à un stress. La réponse cellulaire au stress (HSR pour Heat-Shock response) médié par le facteur de transcription HSF1 est induite par les contextes environnementaux (chaleur, hypoxie, …) et les processus biologiques normaux et pathologiques (vieillissement, inflammation, …) associés à une accumulation de protéines endommagées (Morimoto, 1998). Ces protéines endommagées forment des agrégats toxiques aux conséquences létales pour les cellules.Conservé chez tous les eucaryotes, HSF1 orchestre les actions nécessaires à la survie et à la croissance des cellules malgré le stress. Ses cibles les mieux connues sont les gènes codants pour les Heat Shock Protein (HSP) qui font office de chaperon moléculaire. Une caractéristique de la HSR chez l’Homme est l’accumulation massive du facteur HSF1 en foyers nucléaires nommés Nuclear Stress Bodies (nSBs). Curieusement, ces foyers ciblent l’hétérochromatine péricentrique composée de séquences répétées en tandem de type Satellite III (SATIII), particulièrement au niveau du locus 9q12. HSF1 induit une forte transcription en ARN SATIII Sens (Jolly et al., 2004). Le rôle des nSBs est une des problématiques majeures de notre équipe cependant jusqu’à présent aucune fonction n’a été confirmée pour ces structures.Les nSBs, spécifiques aux cellules humaines, n’ont été décrits que dans des cellules en culture. Mon projet de thèse a consisté dans un premier temps à montrer la présence des nSBs in vivo chez l’Homme. Cette étude, réalisée sur du tissu testiculaire nous a également permis d’identifier une nouvelle cible SATIII majeure pour HSF1, la région Yq12. Dans les testicules, les nSBs sont associés à des processus méiotiques et post-méiotiques, suggérant un rôle dans le remodelage de l’hétérochromatine. Dans un deuxième temps, nous avons cherché à mieux comprendre le rôle des nSBs lors de la HSR. Nous avons pu montrer que l’étape de transcription des SATIII induit une déstabilisation de l’hétérochromatine péricentrique caractérisée par une dissociation des facteurs HP1 (Heterochromatin Protein 1) alpha et beta et une perte de la marque répressive H3K9me3. Au cours de la période de récupération qui accompagne la reformation de l’hétérochromatine, une transcription séquentielle d’ARN SATIII Sens puis Anti-sens précède la restructuration des loci 9q12. Nous avons également pu montrer que la transcription des SATIII est associée à un blocage de la mitose. Nous montrons que dans les cellules stressées, une altération de ce point de contrôle par un Knock down des ARN sat III par des approches LNA conduisent à une l’instabilité génomique des cellules tumorales avec apparition de cellules polynucléées. / A rapid and well-adapted response is required for cell survival upon stress. The cellular stress response (HSR) is mediated by the transcription factor Heat Shock Factor 1 (HSF1) (Morimoto, 1998). It is activated by environmental stress (heat, hypoxia, ...) and by a series of patho-physiological contexts (aging, inflammation, ...) involving protein damages.The best-characterized targets of HSF1 are genes encoding for Heat Shock Protein (HSP) acting as molecular chaperone. A specific feature of the HSR in human cells is the presence of HSF1 nuclear foci named Nuclear Stress Bodies (NSBs). Surprisingly, nSBs target pericentric heterochromatin consisting in tandem repeats of type III Satellite (SATIII) sequences, primarily at the 9q12 locus. HSF1 triggers a strong transcriptional activation of this locus (Jolly et al., 2004). The role of nSBS is a major issue since no function related to these structures has been reported so far.So far, nSBs have been only identified in cells in culture. My thesis project has been to further explore whether these structures also existed in normal tissues. Indeed, we have been able to identify the presence of nSBs in testis where they were found to be associated to meiotic and post-meiotic stages, suggesting a role related to heterochromatin remodeling. Moreover, we have identified the Yq12 locus as a new target of nSBs in these tissues. Secondly, we have brought new evidence that sat III sequences triggers a transient dissociation of HP1 (heterochromatin Protein 1) α and β as well as a loss of the repressive epigenetic H3K9me3 histone mark at pericentric heterochromatin. Interestingly we have also found that, following stress, a sequential accumulation of SATIII RNA in a Sense and Antisense orientation occurs, suggesting that this specific pattern of expression plays an important role in heterochromatin reformation. Finally, we have found that the accumulation of SATIII RNA is associated with a slowdown of mitosis. Indeed we have found that in stressed cells, accumulation of sat III impcats the progression of mitosis and that a knock down of sat III RNA using LNA approaches releases this blockade, leading to genomic instability of tumor cells and to the appearance of poly nucleated cells.