La méthylation et déméthylation de l'ADN jouent un rôle majeur dans la stabilité des génomes, l'empreinte génomique, la paramutation et le développement. En revanche, le rôle de cette régulation épigénétique a été peu étudiée dans les interactions hôtes-pathogènes. Dans ce projet de thèse, nous avons tout d'abord montré que la méthylation de l'ADN régule négativement la résistance d'Arabidopsis thaliana à une souche de Pseudomonas syringae pathogène. Nous avons également identifié un grand nombre de gènes de l'immunité ciblés directement par la méthylation de l'ADN dirigée par petits ARN dans leurs régions promotrices. Nous proposons que cette régulation génique permettrait de maintenir une faible expression basale de ces gènes et d'éviter ainsi des effets délétères qui seraient causés par une expression constitutive de la réponse immunitaire. De plus, nous montrons que la déméthylase active REPRESSOR OF SILENCING 1 (ROS1) facilite l'activation transcriptionnelle de gènes de l'immunité en laissant potentiellement des éléments de régulation en cis accessibles à des facteurs de transcription. Nous avons également démontré que ce facteur contribue à la résistance à P. syringae chez Arabidopsis, caractérisant ainsi la première déméthylase eucaryote dans la résistance antibactérienne. Sur la base de ces résultats, nous proposons que la méthylation de l'ADN maintient une faible expression basale de gènes de l'immunité en absence de pathogène, tandis que la déméthylation active assure une induction rapide de ces gènes au cours de la réponse immunitaire en favorisant potentiellement le recrutement de facteurs de transcription sur la chromatine. / DNA methylation and demethylation are regulatory processes involved in genome stability, genomic imprinting, paramutation and development. Until recently, very little was known about the role of these epigenetic processes in plant disease resistance and in the transcriptional control of immune-responsive genes. Here we provide evidence that DNA methylation negatively regulates antibacterial resistance against a virulent Pseudomonas syringae strain in Arabidopsis. Accordingly, we have identified a subset of defense genes that are targeted and repressed by RNA-directed DNA methylation (RdDM), presumably to prevent trade-off effects that would be caused by their constitutive expression and/or sustained induction. In addition, we found that the active DNA demethylase facilitates the transcriptional activation of some of these defense genes by pruning DNA methylation at their promoter regions and leaving cis-elements accessible for transcription factor binding. In addition, we show that the active demethylase REPRESSOR OF SILENCING 1 (ROS1) positively regulates late immune responses including Pathogen Associated Molecular Pattern (PAMP)-triggered callose deposition and salicylic acid (SA)-dependent defense response. We also demonstrate that ROS1 restricts Pto DC3000 propagation in Arabidopsis leaf secondary veins, providing the first example for a role of an active DNA demethylase in antibacterial resistance. Based on these findings we propose that DNA methylation maintains a low basal expression of some immune-responsive genes in normal growth condition, while active DNA demethylation ensures a rapid and pervasive induction of these genes upon bacterial pathogen detection.

It has been known for a long time that the cytosine base can be modified to produce a new nucleotide, identified as 5-methylcytosine (mC). In normal cells, mC is correctly distributed into the genome, but in many diseases including life-threatening cancers, its pattern is profoundly perturbed. In 2009, Anjana Rao, published that certain proteins, known as the TET enzymes, are capable of removing mC by further oxidizing it to 5-hydroxymethylcytosine (hmC). This original article, cited more than 1200 times, has led to a great expansion in our understanding of DNA methylation. Such recent publications expanded this knowledge by showing that the TETs successively oxidize hmC to 5-formylcytosine (fC) and 5-carboxylcytosine (caC). <p>These oxidized methylcytosines have been implicated in several mechanisms of DNA demethylation, including “active” demethylation through base excision repair, and “passive” demethylation via successive rounds of DNA replication. In addition, DNA hydroxymethylation is thought to be involved in a wide range of diseases, and a marked decrease of hmC seems to be a “hallmark” of many cancers. <p>However, little is known about the regulation of their modes of action. It is tempting to speculate that these proteins interact with a plethora of factors to elicit coordinated biological functions. Likewise, they might be regulated by environment, which in certain situations, could alter the hydroxymethylome landscape, and lead to cellular malfunction and diseases.<p>In the first study, we pursued a large, unbiased screen of the TET interactome, and discovered that TET2 and TET3 interact with the O-linked N-acetylglucosamine (O-GlcNAc) transferase (OGT). OGT is a glycosyltransferase that adds N-acetylglucose moieties on various proteins, including histone H2B, expanding therefore the “histone code”. We further discovered that the TET-OGT association seems to enhance OGT activity and to potentiate glycosylation and stabilization of SET1/COMPASS, a complex that is responsible for the global deposition of the H3K4me3 histone mark that “decorates” active promoters. Finally, we could confirm a decreased genome-wide H3K4me3 deposition in a model of acute myeloid leukemia mutated for TET2, suggesting that the TET-OGT link is implicated in Health and Disease.<p>In the second study, we looked at the impact of the environment on TET activity and on cellular hydroxymethylomes. We focused on oxidative stress assaults that are known to be involved in inflammation, a mediator of cancer and neurodegenerative diseases. We observed a significant decrease of hmC in cell lines treated with various oxidant stressors, likely due to a direct inactivation of the TETs catalytic domain. Moreover, gene ontology analysis of differentially hydroxymethylated regions (dhMRs), profiled by deep-sequencing on treated vs non-treated cells, highlighted pathways involved in oxidative stress response. The implication of TETs in oxidative stress response was further emphasized by a decreased proliferation of TET1-depleted cells when they are treated with oxidant stressors. Importantly, those results were confirmed in mice knockout for the major antioxidant enzymes GPx1 and GPx2. <p>In conclusion, the work of this thesis contributed to better understand the modes of action of the TET proteins, through (1) direct interaction with OGT, and (2) via direct regulation by oxidative-stress-associated molecules, and we hope that these results will bring new insights to better understand these fascinating enzymes. <p> / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Le cartilage articulaire est un tissu avasculaire ayant une faible capacité de régénération. Ce tissu est essentiellement constitué d’un type cellulaire, les chondrocytes, inclus dans une matrice extracellulaire abondante et de composition très spécifique. L’arthrose, la maladie touchant le cartilage la plus fréquente, est caractérisée par la perte progressive de cette matrice extracellulaire, ce qui conduit à l’érosion des surfaces articulaires. Les causes sont multiples et encore mal comprises: inflammation, génétique, mécanique etc... Plusieurs études ont récemment mis en évidence l’implication des mécanismes épigénétiques dans la réponse des chondrocytes aux cytokines inflammatoires (contribuant au catabolisme du tissu).Notre but a été d’étudier le rôle encore peu exploré de ces mécanismes dans la synthèse de la matrice extracellulaire du cartilage (contribuant à l'anabolisme). En utilisant des chondrocytes articulaires humains en culture primaire, nous avons identifié des marques de méthylation de l'ADN étroitement associées à l’expression de gènes codant les principaux composants de la matrice cartilagineuse. Ceci apporte un nouvel éclairage sur l’instabilité du phénotype chondrocytaire. De plus, nous décrivons pour la première fois l'implication de la lysine déméthylase LSD1 (une enzyme modifiant l'état de la chromatine dont l’expression est augmentée dans le cartilage arthrosique), dans la régulation génique d'un collagène du cartilage, le collagène de type IX. L’ensemble des résultats met en évidence de nouveaux mécanismes de régulation génique dans les chondrocytes articulaires, qui pourraient être impliqués dans le développement de l’arthrose / The articular cartilage is an avascular tissue displaying a very limited regenerative capacity. This tissue is mainly composed of one cell type, the chondrocytes, which are embedded within an abundant and highly specialized extracellular matrix. Osteoarthritis, which is the most common joint disease, is characterized by the progressive loss of that matrix, leading to the erosion of articular surface. The causes of this pathology are multiple (genetic, biomechanical, inflammatory…) and are still not fully understood. Several studies have recently highlighted the involvement of epigenetic mechanisms in the chondrocyte response to inflammatory cytokines (contributing to cartilage catabolism).The aim of our work was to investigate the unexplored role of the epigenetic mechanisms in the ability of chondrocytes to synthesize the cartilage-specific matrix (contributing to cartilage anabolism). Using primary culture of human articular chondrocytes, we identified a DNA methylation profile closely associated with the expression of the genes encoding the main structural components of the extracellular matrix. These findings bring new insights in the comprehension of chondrocyte phenotype instability. Moreover, we report for the first time the involvement of the lysine demethylase LSD1, a chromatin-modifying enzyme highly expressed in osteoarthritic tissue, in the gene regulation of COL9A1, a cartilage-specific collagen. Altogether, these results highlight new mechanisms of gene regulation in articular chondrocytes, which may be involved in the development of osteoarthritis

Les gènes soumis à empreinte (GSE) se distinguent du reste du génome par une expression mono-allélique et parent-spécifique. Cette forme de régulation génique dépend de marques de méthylation différentielles héritées des gamètes parentaux au niveau de régions cis-régulatrices appelées ICR (« Imprinting Control Region »). Une centaine de GSE contrôlés par 20 ICR ont été répertoriés chez la souris et sont en général conservés chez l’Homme. Mon projet de thèse a consisté à caractériser de nouvelles ICR maternelles et à analyser leur impact sur la régulation génique, à partir d’un criblage génomique de méthylation réalisé chez la souris. J’ai ainsi participé à la révélation de l’existence de trois formes d’empreinte, qui résultent de sensibilité différente des ICR face aux changements développementaux des profils de méthylation génomique: 1) une empreinte persistante tout au long de la vie et ubiquitaire, qui caractérise les ICR classiques déjà connues, 2) transitoire, avec une existence limitée au développement pré-implantatoire, et 3) persistante tout au long de la vie mais tissu-spécifique. Plus précisément, j’ai déterminé les profils d’histones associées aux ICR des loci Cdh15 et Gpr1/Zdbf2, et mis en évidence la conservation de l’empreinte transitoire au locus GPR1/ZDBF2 chez l’humain. Je me suis ensuite focalisée sur l’ICR candidate associée au gène Socs5, dont l’empreinte s’est avérée être tissu-spécifique mais également, de façon inédite, polymorphique en fonction des lignées de souris. Cette ICR en position intragénique présente les caractéristiques d’une séquence « enhancer », hypothèse que je teste actuellement par invalidation fonctionnelle (système CRISPR/Cas9) chez la souris. La découverte de ces formes atypiques d’empreinte génomique permet de mieux cerner l’étendue du phénomène d’empreinte parentale et d’évaluer son impact sur les phénotypes. / Genomic imprinting refers to the functional non-equivalence of the two parental genomes in mammals. Imprinted genes are expressed only from the paternal or maternal allele: this mono-allelic expression is regulated by parent-inherited DNA methylation of specific cis-regulatory regions called ICRs (Imprinting Control Regions). There are currently around 120 imprinted genes known in the mouse genome, which are under the control of 20 characterized ICRs, and are generally conserved in Human. My thesis project aimed at characterizing new maternal ICRs and at analyzing their impact on gene regulation, based on a genome-wide methylation screen conducted in the mouse. I participated to revealing the existence of three forms of genomic imprinting, which reflects variable susceptibility to developmentally-regulated DNA methylation changes: 1) ubiquitous and life-long imprinting, which refers to the 20 canonical ICRs, 2) transient, whose existence is limited to preimplantation development, and 3) tissue-specific. More specifically, I deciphered the histone modification profiles of two new maternal ICR associated with the Cdh15 and the Gpr1/Zdbf2 loci and confirmed that the GPR1/ZDBF2 locus is also subject to transient imprinting in Human. My main achievement concerns the characterization of a candidate ICR associated with the Socs5 gene, which I found to be tissue-specific but also strain-specific, pointing towards a new form of imprinting polymorphism. This ICR has an intragenic position and has the characteristics of an enhancer, hypothesis that I am functionally testing in vivo by a CRISPR/Cas9-mediated deletion. The discovery of these new forms of genomic imprinting provides a better understanding of this phenomenon and its impact on phenotypes.

Les modifications épigénétiques participent au contrôle de l'expression génique. Il a été montré que la méthylation des désoxycytidines (dC) de l'ADN joue un rôle clé dans la régulation épigénétique chez les mammifères. Cette modification correspond à la marque épigénétique la plus stable. Elle a lieu sur des résidus CpG regroupés en ilôts, essentiellement situés au niveau des séquences promotrices, des séquences répétées et des séquences encadrants les ilôtsCpG. L'hyperméthylation des promoteurs induit une inhibition de l'expression des gènes, tandis qu'une hypométhylation est associée à une expression. Les enzymes responsables de la méthylation de l'ADN sont les méthyltransférases d'ADN (DNMTs). Deux familles de DNMTscatalytiquement actives ont été identifiées: on distingue la DNMT1, principalement responsable de la maintenance de la méthylation de l'ADN lors de la réplication, et les DNMT3A et 3B, qui sont responsables d'une méthylation de l'ADN dite de novo. L'altération des profils de méthylation de l'ADN conduit à diverses maladies telles que le cancer. Les cellules cancéreuses présentent souvent un profil de méthylation de l'ADN différent des cellules saines, on observe en particulier une hyperméthylation spécifique des gènes dits suppresseurs de tumeur. Une restauration de leur expression par l'inhibition de la méthylation de l'ADN représente ainsi une stratégie thérapeutique attrayante. Plusieurs inhibiteurs de DNMTs ont été décrits et deux analogues de nucléosides sont approuvés par la FDA pour traiter certaines leucémies: la 5-azacytidine (VidazaTM) et la 5-azadeoxycytidine (Dacogene(r)). Notre laboratoire développe depuis plusieurs années de nouveaux inhibiteurs non nucléosidiques de DNMTs qui ciblent leur site catalytique. J'ai étudié ici les effets pharmacologiques de ces inhibiteurs catalytiques des DNMTs, en utilisant plusieurs lignées cellulaires cancéreuses (issues d'une leucémie, d'un lymphome et d'un cancer du côlon). J'ai utilisé pour cela différentes technologies permettant d'analyser la méthylation de l'ADN, l'accessibilité de la chromatine, les modifications des histones et l'expression des gènes. Ces nouvelles thérapies épigénétiques visent à la reprogrammation des cellules cancéreuses, c'est pourquoi j'ai exploré les modifications à long terme induites par ces nouveaux composés. Nous avons montré que ces composés sont des inhibiteurs puissants de DNMT3A et qu'ils sont capables d'induire l'expression d'un gène raporteur (la luciférase) sous le contrôle du promoteur CMV, par une déméthylation de ce promoteur et une ouverture de la chromatine. Enfin, ces nouveaux inhibiteurs de DNMTs déméthylent la région promotrice de gènes suppresseurs de tumeurs et induisent leur ré-expression. / Epigenetic modifications participate to the control of gene expression. Methylation of deoxycytidines (dC) in the DNA was shown to play a key role in epigenetic regulation in mammals. It is the most stable epigenetic mark and occurs at CpG sites, which are grouped in islands and essentially located in promoters, repeated sequences and CpG island shores. Hypermethylation of promoters induces gene silencing while hypomethylation is associated to gene expression. Enzymes responsible for DNA methylation are the DNA methyltransferases (DNMTs). Two families of catalyticallyactive DNMTs have been identified: DNMT1, mainly responsible for DNA methylation maintenance during replication; and DNMT3A and 3B that perform de novo DNA methylation and support maintenance. Alteration of DNA methylation patterns lead to various diseases such as cancer. Cancerous cells often present aberrant DNA methylation, in particular a specific hypermethylation of tumor suppressor genes is observed. Restoring their expression by inhibition of DNA methylation represents an attractive therapeutic strategy. Several DNMTs inhibitors have been described. Two nucleoside analogs are FDA approved to treat leukemia: 5-azacytidine (VidazaTM) and 5-azadeoxycytidine (Dacogene(r)). Our laboratory develops since several years new inhibitors of DNMT, non-nucleoside analogs, targeting the catalytic site. Here, I studied the pharmacological effects of these DNMTs catalytic inhibitors using several cancer cell lines (leukemia, lymphoma and colon cancer) and different technologies to follow DNA methylation, chromatin accessibility, histone modifications and gene expression. Since epigenetic therapies aim at the reprogramming of cancer cells, I explored the long-term modifications induced by the compounds. We show that these novel compounds are potent inhibitors of DNMT3A and able to induce the expression of a reporter gene (luciferase) under the control of a methylated CMV promoter by demethylation of the promoter and opening of the chromatin. Finally, these new DNMTs inhibitors demethylate the promoter region of tumor suppressor genes and induce their re-expression.

Un poids corporel élevé est la résultante de l'interaction entre des variants génétiques à risque et un environnement obésogène, et des processus épigénétiques sont probablement impliqués. Dans cette thèse, nous avons exploré des associations entre le méthylome sanguin humain et des polymorphismes nucléotidiques (SNPs) liés à l'obésité, ainsi que des mesures qualitatives et quantitatives de l'apport journalier en acides gras. Nous avons trouvé des associations entre des SNPs liés à l'obésité et la méthylation de promoteurs et enhancers proximaux. Nous avons également constaté que la qualité de l'apport journalier en acides gras est associée à une méthylation différentielle de promoteurs de gènes impliqués dans des voies métaboliques. Puis, nous avons examiné l'impact d'une nuit blanche sur la méthylation et la transcription de gènes du rythme circadien dans le muscle squelettique et le tissu adipeux. Nous avons constaté qu'une seule nuit blanche peut modifier le profil épigénétique et transcriptionnel de gènes clés du rythme circadien, et ce de manière tissu-spécifique. Enfin, nous avons examiné les effets de l'obésité maternelle chronique et de la perte de poids sur la transcription de gènes de la machinerie épigénétique dans le foetus et le placenta de souris. Nous avons constaté que la transcription de ces gènes est sensible aux trajectoires pondérales maternelles, et en particulier ceux de la voie d'acétylation des histones. Dans l'ensemble, cette thèse a démontré que la génétique, des stimuli environnementaux obésogènes et l'environnement maternel agissent sur les marques épigénétiques à des endroits génomiques pertinents dans la pathogenèse de l'obésité. / An elevated body weight is the result of the interplay between susceptibility gene variants and an obesogenic environment, and recent evidence shows that epigenetic processes are likely involved. In this doctoral thesis, we explored associations between the human blood methylome and obesity-associated gene variants as well as dietary fat quality and quantity. We found associations between obesity-associated SNPs and methylation levels at proximal promoters and enhancers, and some of these associations were replicated in multiple tissues. We also found that contrary to dietary fat quantity, dietary fat quality associates with methylation levels in the promoter of genes involved in metabolic pathways. Then, using a gene-targeted approach, we looked at the impact of an acute environmental stress (sleep loss) on the methylation and transcription levels of circadian clock genes in skeletal muscle and adipose tissue of healthy men. We found that a single night of wakefulness can alter the epigenetic and transcriptional profile of core circadian clock genes in a tissue-specific manner. Finally, we looked at the effects of chronic maternal obesity and subsequent weight loss on the transcription of epigenetic machinery genes in the fetus and placenta of mice. We found that the transcription of epigenetic machinery genes is highly sensitive to maternal weight trajectories, and particularly those of the histone acetylation pathway. Overall, this thesis demonstrated that genetics, obesogenic environment stimuli and maternal programming impact epigenetic marks at genomic locations relevant in the pathogenesis of obesity.

En 3ème position de fréquence parmi les myopathies, la dystrophie facio-scapulo humérale (FSHD) reste encore très énigmatique malgré l’association génétique avec la contraction d’une région du locus 4q35 contenant le macrosatellite D4Z4. Au cours de ce projet, l’étude de la régulation de la méthylation de l’ADN par séquençage après traitement au bisulfite de sodium ou par MeDIP chez les patients FSHD a montré des profils de méthylation similaires entre porteurs asymptomatiques et contrôles d’une part et patients FSHD1 et FSHD2 d’autre part. Ces deux groupes de malades présentent une hypométhylation principalement au niveau de la région proximale de D4Z4. Des mutations d’un nouveau gène candidat, SMCHD1, ont été décrites dans la plupart des cas de FSHD2, pour lesquels nous retrouvons fréquemment mais non systématiquement une baisse de la méthylation. D4Z4 joue également un rôle clé dans la régulation des extrémités chromosomiques et leur dynamique d’organisation tri-dimensionnelle dans l’espace nucléaire. Afin d’étudier la dynamique du locus 4q35 au cours de la différenciation cellulaire, nous avons mesuré les interactions spécifiques de différentes régions géniques au sein du locus et suivi l’évolution de la conformation de la chromatine dans différents contextes biologiques grâce à une méthode de FISH en trois dimensions couplée à une analyse in sillico des images (3D-FISH). Le retour à un état de pluripotence par la production d'hIPSCs montre un comportement nucléaire de ces régions proche de celui observé chez les contrôles. Enfin nous avons suivi la conformation du locus jusqu’à la formation de fibres musculaires matures multinuclées. / In the third position in term of frequency among the myopathies, facio-scapulo humeral dystrophy (FSHD) remains enigmatic despite the genetic correlation with the contraction of the 4q35 locus containing the macro satellite, D4Z4. In this project, the involvement of DNA methylation has been investigated in FSHD patients using bisulfite sequencing or MeDIP. These analyses revealed similar DNA methylation patterns between asymptomatic carriers and controls and between FSHD1 and FSHD2 patients. These two groups of patients show a marked hypomethylation mostly in the proximal region of D4Z4. Moreover, the recent discovery of mutations of a new candidate gene, SMCHD1 have been observed in most FSHD2 cases. In these patients, we observed frequent but not systematical association between decreased methylation and SMCHD1 mutation. This gene might be associated with D4Z4 DNA methylation maintenance; however its function remains unknown. D4Z4 plays a crucial role in chromosomal ends regulation and three-dimensional dynamics of the locus within the nuclear space. In order to study the dynamics and topology of the 4q35 locus during the skeletal muscle differentiation, we measured specific interactions between different regions within the locus and followed this chromatin conformation in different biological situations thanks to FISH in three-dimensions followed by in sillico analysis of the images (3D-FISH). Upon pluripotency in induced pluripotent stem cells derived from human fibroblasts (hIPSCs) display the same nuclear organization as in controls. Finally, we have followed the configuration of the locus during skeletal muscle commitment.

Le striatum est une région du cerveau impliquée dans d'importantes fonctions physiologiques telles que l'apprentissage par renforcement ou le contrôle du mouvement, mais aussi dans des pathologies comme l'addiction. Le fonctionnement de ce système s'appuie sur deux types de neurones de projection, appelés " neurones épineux de taille moyenne ". Les uns expriment le récepteur de la dopamine de type 1 (D1R) et les autres expriment le récepteur de type 2 (D2R). L'objectif de cette thèse est de caractériser ces deux types de neurones au niveau épigénétique, en conditions basales et après traitement à la cocaïne. Il a été nécessaire de développer de nouvelles méthodes utilisant la cytométrie de flux pour distinguer les populations de neurones exprimant D1R ou D2R. La première méthode utilise des souris transgéniques L10a-GFP et du tissu non fixé, la seconde répond aux limitations de la précédente et utilise du tissu fixé. Nous avons montré que la cocaïne régule de nombreuses modifications post-traductionnelles d'histones, de façon spécifique de populations neuronales. Par ailleurs, nous avons identifié plus d'une centaine de gènes différemment méthylés ou hydroxyméthylés entre les deux types neuronaux. Certains gènes sont déjà connus pour avoir un rôle fonctionnel important dans l'une des populations. La comparaison des neurones exprimant D1R ou D2R est un bon modèle pour explorer les liens entre méthylation de l'ADN, hydroxyméthylation et transcription. Par exemple, nous observons une association très claire entre l'augmentation de la méthylation de l'ADN et la répression de la transcription, ainsi qu'une corrélation entre modifications de méthylation et d'hydroxyméthylation. / The striatum is a brain region implicated in physiological functions such as reinforcement learning or movement selection but also in pathologies such as addiction or Parkinson’s disease. It relies on two types of projecting neurons, named “medium spiny neurons” because of their morphology. They are very similar but have a complementary and opposite role. One type expresses the dopamine receptor type 1 (D1R) and the other type expresses the dopamine receptor type 2 (D2R). The aim of this work was to characterize this two neuronal types epigenetically, in basal conditions and after cocaine treatment. We have developed new flow cytometry techniques to be able to distinguish the two cell types. The first method uses transgenic L10-eGFP mice and fresh tissue, the second one goes beyond the limitations of the first one and uses fixed tissue. We have shown that cocaine regulates many post-translational histone modifications, dynamically, and differently between the two populations. Moreover, we have identified more than 100 genes differentially methylated or hydroxymethylated between the two neuronal types. Some of these genes are already known for having a functional role in one of the populations. The comparison between D1R and D2R neurons is a good model to explore the links between DNA methylation, hydroxymethylation and transcription. For example, we have observed a strong association between an increase in DNA methylation and a transcriptional repression, as well as a correlation between DNA methylation and hydroxymethylation.

De nombreux gènes suppresseurs de tumeurs sont inactivés par hyperméthylation dans les cancers. Cette inactivation serait en partie initiée par la protéine, MBD2 (Methyl-CpG-Binding Domain protein 2). Cette protéine recrute au niveau de séquences méthylées des complexes enzymatiques capables de modifier la structure chromatinienne et crée ainsi des régions fonctionnellement inactives. Dès lors, ce répresseur apparaît être une cible potentielle pour combattre le cancer. Dans cette perspective, rechercher les cibles de MBD2 et comprendre sa capacité à contrôler l’expression génique semblent cruciales. Au cours de deux études gènes candidats, nous avons pu démontrer (i) une réelle spécificité de cible du répresseur méthylationdépendant MBD2 pour les loci hTERT et pS2/TFF1 ; et (ii) un nouveau rôle de la protéine MBD2 en tant que modulateur de l’expression génique. De plus, les actions antagonistes entre le répresseur MBD2 et le trans-activateur naturel du gène pS2, le récepteur aux oestrogènes α, ont été explorées. Puis, l’analyse globale des profils de distribution de MBD2, de la méthylation de l’ADN, ainsi que de l’ARN polymérase II, sur puce promoteur a montré que MBD2 possède toutes les caractéristiques d’un répresseur trancriptionnel méthylation-dépendant. En effet, 74% des promoteurs fixés par MBD2 sont méthylés et cette liaison est associée dans 65% des cas à une répression transcriptionnelle. / In the past few years, several clinical trials have shown that targeting DNA methylation machinery might be of interest in cancer therapy to restore tumor suppressor genes expression and inhibit tumor growth. The Methyl-CpG-Binding Domain protein 2 (MBD2) is an important constituent of the DNA methylation machinery since this protein is directly involved in the mediation of the epigenetic signal. Moreover, MBD2 seems to show some gene specificity, its inhibition reactivate a limited number of genes. Taken together these data suggest that MBD2 represents potential new target in cancer therapy and, therefore, new insights on MBD2 specificities are, in this context, of importance. To this end, we have developed two different approaches: a candidate genes analysis and a genome-wide analysis, using ChIP-on-chip method, in order to map MBD2 binding sites. The candidate gene approaches are strongly in favour of the “one gene – one MBD” hypothesis, at least for the genes analyzed. Indeed, our results indicate that MBD2 is specifically and directly involved in the transcriptional repression of hTERT and pS2/TFF1 genes. Furthermore, a new role of MBD2 in the fine-scale modulation of these genes was demonstrated, and the antagonist actions between MBD2 and the natural trans-activator of pS2 gene, the estrogen α, were explored. Genome wide distribution of MBD2 binding sites, DNA Methylation profiles, and silencing potential, showed that the MBD2 is a real methylation-dependant transcriptional repressor: 74% of the MBD2 binding promoters are methylated and 65% silenced.

Il est maintenant clairement établi que la biogenèse des ribosomes est l’un des nombreux processus cellulaires qui voit sa régulation profondément modifiée au cours de la transformation cellulaire.Toutefois, si il est bien décrit que le taux synthèse des ribosomes est augmenté au cours du processus tumoral, de plus en plus de données suggèrent que les étapes posttranscriptionnelles peuvent aussi être altérées. Dans ce contexte biologique, les objectifs de cette thèse sont de déterminer si : i) la maturation de l’ARNr est altérée en plus de l’augmentation de sa synthèse ; ii) cette altération peut conduire à la synthèse de ribosomes modifiés dont la fonction est altérée ; iii) ces modifications participent directement à la dérégulation traductionnelle observée dans les cellules cancéreuses. Pour cela, nous avons étudié les principales étapes de la biogenèse des ribosomes ainsi que la composition des ribosomes et leurs capacités fonctionnelles dans différents modèles de progression et/ou d’agressivité tumorale. Les résultats obtenus montrent qu’en plus de l’augmentation du taux de synthèse des ribosomes, les étapes post-transcriptionnelles sont modifiées, en particuliers le niveau de méthylation de l’ARNr. Ces modifications sont associées à des défauts importants de traduction (saut de codon stop, incorporation erronée des acide-amines) et particulièrement à une augmentation de la traduction IRES-dépendante de facteur clefs de la tumorigénèse. Dans leur ensemble, ces résultats suggèrent que les modifications de la biogenèse des ribosomes pourraient être une étape clef de la cancérogenèse, en modifiant les capacités traductionnelles des ribosomes cytoplasmiques / Ribosome biogenesis is a fundamental and extremely complex cell process. In mammals, ribosome synthesis coordinates the assembly of 80 proteins and 4 rRNA to form the two ribosomal sub-units. The maturation of the ribosome is a multi-step post-transcriptional process essential to obtain functional ribosomes. It is now well demonstrated that ribosome biogenesis and its regulation is altered during transformation process. However, if the increase of ribosome synthesis in cancer cell is well documented, there are numerous recent data suggesting that post-transcriptional steps could also be altered. In this biological context, the objectives of my Ph.D were to determine if: i) the maturation of rRNA is altered during the increase of ribosome synthesis; ii) these alterations could modify the ribosomes and alter their function and iii) these modifications directly participate to the deregulation of translation observed in cancer cells. We have explored the major steps of ribosome biogenesis as well as the structure of the cytoplasmic ribosomes and their functional capacity in different cellular models of tumor progression and/or aggressively. The results obtained show that in addition of the increase of the level of ribosome synthesis, post-transcriptional modifications are altered, particularly the level of rRNA methylation. These modifications are associated with strong defect of translation (stop codon bypass, misincorporation of amino-acid) and an increase of the IRES-dependant translation of important factors playing a crucial role in tumorigenesis. These results suggest that modifications of ribosome biogenesis could be a key step of cancer cell transformation