The fundamental building blocks of chromatin are the nucleosomes. Each such unit is composed of about 200 bp of DNA, the well-conserved core histones (H2A, H2B, H3 and H4) and a linker histone (H1). The DNA is wound around two dimers of H2A–H2B and a tetramer comprising two molecules each of H3 and H4, and there is approximately one linker histone molecule positioned on the exterior of the DNA–protein octamer complex. The nucleosome directs the various structural transitions in chromatin that are needed for proper transcriptional regulation during differentiation and development of the organism in question. The gene activity can be regulated by different histone variants, DNA–protein interactions, and protein–protein interactions, all of which are influenced by the enormous amounts of post-translational modifications that occur in the histone tails. The research underlying this thesis focused on different aspects of post-translational modifications during aging, differentiation, and progression of the cell cycle, and also on expression of linker histone variants and linker histone-chromatin interactions in a variety of cells and tissues. The present results are the first to show that H4 can be trimethylated at lysine 20 in mammalian cells. The trimethylated H4K20 was found in rat kidney and liver at levels that rose with increasing age of the nimals, and it was also detected in trace amounts in human cell lines. Furthermore, in differentiating MEL cells, trimethylated H4K20 was localized to heterochromatin, and levels of trimethylated H4K20 increased during the course of cell differentiation and were correlated with the increasing compaction of the chromatin. The chromatin of terminally differentiated chicken and frog erythrocytes is highly condensed, and the linker histone variants it contains vary between the two species. Cytofluorometric analyses revealed that the linker histones in the chicken erythrocytes exhibited higher affinity for chromatin than did those in the frog erythrocytes. Characterization of the H1° in frog erythrocytes proved it to be the H1°-2 subvariant. Other experiments demonstrated that normal human B lymphocytes expressed the linker histone variants H1.2, H1.3, H1.4, and H1.5, and that B cells from patients with B-CLL expressed the same variants although in different amounts. The most striking dissimilarity was that amounts of H1.3 in the cells were decreased or undetectable in some samples. Sequencing did not discern any defects in the H1.3 gene, and thus the absence of H1.3 is probably regulated at the post-translational level. It was also observed that the levels of linker histone phosphorylation in EBV-transformed B lymphocytes were already increased in the G1 phase of the cell cycle, which is earlier than previously thought. This increase in phosphorylation is probably responsible for the lower affinity of linker histones for chromatin in EBV-transformed cells in the G1 phase of the cell cycle.

L'exposition répétée à la cocaine induit une plasticité cérébrale responsable de changements comportementaux de longue durée, dont les mécanismes de signalisation intracellulaire sont mal connus. Les neurones du striatum exprimant le recepteur à la dopamine D1 et ceux exprimant le recepteur à la dopamine D2 jouent un rôle important dans l'intégration de ces signaux. L'activation de ces récepteurs induit des cascades de signalisations opposées, il est donc primordial de pouvoir les étudier séparément. Afin d'analyser spécifiquement ces familles de neurones, nous avons adapté une méthode de tri et d'analyse des noyaux des neurones basée sur la cytométrie en flux. Notre étude a permis de quantifier les changements post-traductionels des histones, ainsi que les enzymes les controlant, specificiquement dans les noyaux des neurones D1 ou D2, suite à un traitement aigu ou chronique de cocaine. Avec cette approche, nous avons trouvé que les neurones D1 et D2 comportent des profils épigénétiques spécifiques, dynamiquement régulés par la cocaine. Plus particulièrement, nous avons trouvé que l'acétylation des histones H3K14, H4K5, H4K12 et la méthylation de H3K9 étaient régulées de manière opposée entre les deux types cellulaires, sous-tendant la disparité de leur réponse transcriptionelle à la drogue. Enfin, nous avons observé qu'il y avait une corrélation complexe entre les modifications post-traductionelles d'histones, spécifiques des neurones D1 ou D2, et qui est sensiblement altérée par la cocaine. Nous proposons une approche originale dans le domaine des neurosciences permettant l'étude des protéines nucléaires applicable potentiellement à tous les types neuronaux du cerveau

Une grande partie du génome des eucaryotes est constituée d'éléments transposables(ET). Ces séquences d'ADN répétées ont la capacité de se déplacer d'un site chromosomiqueà un autre et de multiplier le nombre de leurs copies, pouvant ainsi être la cause d'uneinstabilité génétique. Face à ce potentiel de mutagénèse, un certain nombre de systèmes ontété sélectionnés dans les génomes eucaryotes qui conduisent à une réduction de l'activité desET. Notamment, chez la drosophile, on a récemment mis en évidence des mécanismes derégulation impliquant les modifications d'histones, et une nouvelle classe de petits ARN,appelés piARN, qui contrôlent spécifiquement les éléments transposables dans les tissusreproducteurs.tirant est un rétrotransposon à LTR de la drosophile, de type Gypsy, isolé au sein dulaboratoire dans les populations naturelles de D. simulans, où le nombre de ses copies estvariable entre populations. Cet ET possède la même structure génomique que les rétrovirus.Dans la première partie de cette thèse, j'ai caractérisé un élément tirant actif dans lespopulations naturelles de D. simulans. Je me suis intéressé en particulier au gène de laprotéine d'enveloppe (env), qui confère le caractère infectieux du rétrovirus. La comparaisondes transcrits et de la protéine du gène env entre populations de D. simulans a montré quetirant est actif dans une population, et cette activation est associée à sa mobilisation, alors quedans les autres populations tirant est présent, mais régulé.Dans la deuxième partie de mon travail, je me suis intéressé à l'étude de l'influence detirant sur la structure de la chromatine au niveau de son site d'insertion et à son influence surl'expression des gènes voisins. J'ai étudié trois modifications d'histones dans troispopulations naturelles, dont une où tirant est inséré dans un intron du gène tkv. Les résultatsobtenus montrent que tirant est capable de modifier la structure de la chromatine au niveau deson site d'insertion, mais aussi en amont, par l'hétérochromatinisation d'un promoteur du gènetkv, en affectant ainsi son taux de transcription.Enfin, je me suis intéressé à la régulation post-transcriptionnelle de tirant par lespiARN. Par l'analyse de croisements intraspécifiques entre des souches contenant ou non descopies de tirant dans l'euchromatine, j'ai montré qu'une régulation post-transcriptionnelle parles piARN germinaux qui contrôle tirant dans les cellules folliculaires de l'ovaire. J'ai aussipu montrer une expression variable entre populations des gènes de la voie piARN.

Nearly one half of the human genome is composed of transposable elements (TEs). Once dismissed as 'selfish' or 'junk' DNA, TEs have also been implicated in a numerous functions that serve the needs of their host genome. I have evaluated the role of TEs in mediating the epigenetic mechanisms that serve to regulate human gene expression. These findings can be broadly divided into two major mechanisms by which TEs affect human gene expression; by modulating nucleosome binding in the promoter regions and by recruiting epigenetic histone modifications that enable them to serve as promoters and enhancers. Thus. the studies encompassed in this thesis elucidate the contributions of TEs in epigenetically regulating human gene expression on a global as well as local scale.

In the eukaryotic nucleus, an immense length of DNA is compactly packaged to generate an ordered three-dimensional hierarchical structure called chromatin (van Holde, 1988; Wolffe, A.P, 1998). This organization forms a template for various DNA transaction processes like replication, transcription, recombination etc. The different stages of organization of the chromatin finally results in the 10,000-fold compaction observed in the metaphase chromosome. The problem of how the fibres of chromatin are folded has interested biologists and biochemists for decades. It has long been recognized that the Histones play a major part in this folding. However, the distinctly different roles of the Histones H2A, H2B, H3 and H4 on one hand and the lysine rich Histones such as Histone H1 and its cognates on the other, were not understood until after the discovery of the nucleosomes in the early 1970s. Some of the early insights into the structure of chromatin came through the digestion of nuclear chromatin with calcium-dependent endonucleases like micrococcal nuclease. A repeating kinetic intermediate of about 200 bp of DNA with Histones was obtained (Simpson, 1978). Based on repeating pattern of micrococcal nuclease digested chromatin and structural studies, Kornberg (1974) proposed that chromatin is composed of a flexible chain of repeating units of 100 A0 diameter. These units were termed as "nucleosomes" (Oudet et al, 1975). It then became clear that the Histones H2A, H2B, H3 and H4 were constituents of the nucleosome core particle whereas the lysine rich Histone H1 was somehow associated with the linker DNA between core particles. Hence, the formers are called core Histones and the latter as linker Histones. On further digestion of nucleosome, a nucleosome core was obtained in which wrapping of 146 bp of DNA about the Histone octamer to form the core particle provided the first level of folding. Electron microscopy and X-ray diffraction techniques suggested that this particle is a disk, 57 A0 thick and 110 A0 in diameter, and that the DNA is wound around the Histone core (Finch et al, 1977), But this cannot account for the many thousand-fold condensation of the DNA in the eukaryotic nucleus. The "string of beads" structure observed obviously could not satisfy the compaction requirement. It soon became evident that there exists some level of higher order folding of the chromatin fiber. In a classical paper, Finch and Klug (1976), showed that the extended nucleosomal filaments condense into irregular fibers of about 30 nm diameter in the presence of low concentrations of Mg 2+. Based on the data from earlier structural studies, these authors proposed a solenoid model in which nucleosomes were wrapped into a regular helix with a pitch of about 11nm. Later, it was observed that the formation of well defined fibers requires the presence of lysine rich Histones such as Histone H1.

Le facteur de transcription Aiolos, membre de la famille des protéines à doigts de zinc de type Ikaros, joue un rôle important dans la différenciation des lymphocytes B. Notre premier objectif a été de définir les mécanismes impliqués dans la régulation de la transcription du gène aiolos humain. Nous avons analysé la méthylation de l'îlot CpG d'Aiolos et les modifications de ses histones dans différentes lignées et cellules primaires. Nous avons observé une méthylation dense de l'ilot CpG, associée à des niveaux faibles de marques d'euchromatine (H3K4 di-/tri-méthylées, H3K9 acétylées) dans les lignées Aiolos négatives U937 et 1106mel, tandis que les cellules exprimant Aiolos présentaient les caractéristiques opposées. L'inhibition des Dnmt dans les U937 et 1106mel avec la 5-Aza-dC a entrainé une déméthylation de l'îlot CpG, associée à une augmentation des marques d'euchromatine et à une induction d'Aiolos. La répression d'Aiolos dans les monocytes et mélanocytes primaires a quant à elle été associée à une augmentation des H3K9me3 et H3K27me3, indépendamment de la méthylation de l'ADN. Notre deuxième objectif était d'étudier l'implication d'Aiolos dans les syndromes lymphoprolifératifs des cellules B matures chez l'homme (leucémie lymphoïde chronique et autres lymphomes B). Nous avons démontré que les cellules B, saines et tumorales, exprimaient majoritairement le variant hAio1 (80%) et nous avons observé pour la première fois une augmentation globale des transcrits Aiolos dans la LLC, indépendamment des marqueurs pronostiques (ZAP-70, statut mutationnel des IgVH). Cette augmentation, confirmée au niveau protéique, semble indépendante des niveaux d'H3K4me3 et H3K9ace.

Thèse de doctorat : Aspects moléculaires et cellulaires de la biologie : Strasbourg 1 : 2007. / Thèse soutenue sur un ensemble de travaux. Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. p. 193-222.

Thèse doctorat : Sciences du Vivant. Aspects Moléculaires et Cellulaires de la Biologie : Strasbourg 1 : 2006. / Thèse soutenue sur un ensemble de travaux. Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. 20 p.

Thèse doctorat : Sciences du Vivant. Aspects Moléculaires et Cellulaires de la Biologie : Strasbourg 1 : 2006. Thèse doctorat : Sciences du Vivant. Aspects Moléculaires et Cellulaires de la Biologie : Université de Fudan - Shanghai - Chine : 2006. / Thèse soutenue sur un ensemble de travaux. Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. 10 p.

Thesis (Ph. D.)--University of Washington, 2003. / Vita. Includes bibliographical references (leaves 69-77).