Le silencing transcriptionnel limite la transcription des gènes et des éléments transposables dont l’expression pourrait être délétère à la cellule. Il dépend d’une diversité de modifications de la chromatine comme la méthylation ADN ou les marques répressives des histones. De façon à mieux comprendre les mécanismes moléculaires à l’origine du silencing transcriptionnel, nous avons mené une approche de génétique directe à l’aide d’un transgène soumis au silencing dans la plante modèle Arabidopsis thaliana. Cette stratégie nous a permis d'isoler à la fois des mutants déficients pour le maintien du silencing transcriptionnel et des mutations qui empêchent la réactivation transcriptionnelle des éléments transposables en réponse à un stress thermique. Nous avons caractérisé les défauts provoqués par ces mutations en combinant des approches de biologie moléculaire, de cytologie et de génomique.Nous montrons ainsi que MED14, la sous-unité centrale du complexe Mediator, et UVH6, composant du complexe TFIIH, sont requis pour la transcription de l'hétérochromatine en stress thermique. MED14 stimule aussi la transcription de l'hétérochromatine en l'absence de stress, mais ne semble fonctionner qu'en présence de la méthylation ADN. En plus de cette fonction originale, nous identifions un nouveau rôle de MED14 dans le maintien de la méthylation ADN, possiblement via la voie de méthylation ADN dirigée par les petits ARN.Par ailleurs, nos résultats nous ont permis d’identifier le rôle des protéines MAIN et MAIL1, qui définissent une voie de silencing transcriptionnelle indépendante des voies connues jusqu'alors. De façon intéressante, MAIN et MAIL1 possèdent un domaine protéique partagé avec les éléments transposables, qui aurait successivement été capturé par les éléments transposables et leur hôte au cours de l’histoire évolutive des plantes à fleurs.Enfin, en isolant une nouvelle mutation du gène POL2A, nous confirmons le rôle de l’ADN polymérase epsilon dans le silencing transcriptionnel et caractérisons les propriétés chromatiniennes qui dépendent de POL2A. Nous montrons que les défauts de silencing des mutants pol2a corrèlent avec une désorganisation importante de l’hétérochromatine sans diminution drastique des marques qui y sont associées. Au contraire, nous détectons une hyperméthylation ADN prononcée dans le mutant, et explorons différentes hypothèses pour expliquer ce phénotype particulier. Nos données suggèrent que plusieurs mécanismes moléculaires sont à l’origine des défauts des mutants pol2a. Elles confirment le rôle prépondérant de la chromométhylase CMT3 dans la régulation de la méthylation ADN, et suggèrent qu’un stress réplicatif pourrait causer une hyperméthylation de l’ADN.Dans l’ensemble, ces travaux de thèse proposent des pistes de travail dont l’exploration pourrait permettre d’expliquer les effets des déficiences réplicatives dans le maintien du silencing transcriptionnel et de l’homéostasie de la méthylation ADN. Ils suggèrent en outre que MED14 a une fonction dédiée à la transcription de l’hétérochromatine qui pourrait stimuler le maintien de la méthylation ADN. / Transcriptional gene silencing hinders deleterious transcription of some genes and transposable elements. Silencing is maintained by numerous chromatin modifications such as DNA methylation and repressive histone marks. To better understand the molecular mechanisms of silencing, we conducted a forward genetic screen using a transgene reporter system targeted by transcriptional gene silencing in the model plant Arabidopsis thaliana. We isolated a first type of mutants with diminished maintenance of silencing and a second category that displayed deficient release of transgene silencing upon heat stress. We then combined molecular, cytological and genomic methods to characterize the defects associated with these mutations.First, we show that the Mediator subunit MED14 and the TFIIH complex subunit UVH6 are required for heat-stress-induced release of silencing. We further show that MED14, but not UVH6, promotes transcriptional activation of transposable elements in mutant contexts where silencing is defective. Importantly, MED14 is only required when DNA methylation is not affected, suggesting that MED14 has a specialized function to promote transcription of heterochromatin. Furthermore, we show that MED14 promote DNA methylation at targets regulated by RNA-directed DNA methylation.Characterizing mutants from the first category, we unveil the contribution of the MAIN and MAIL1 proteins into transcriptional gene silencing, and show that they likely act through a pathway independent of known silencing factors. Interestingly, MAIN and MAIL1 bear a protein domain that is shared with transposable elements, and that has been captured by transposable elements and genes throughout the evolutionary history of flower plants.Additionally, we confirm the involvement of the DNA polymerase epsilon in transcriptional gene silencing by isolating a new mutation of the POL2A gene among mutants of the first category. We characterize the effects of the pol2a mutation on several heterochromatin properties, and show that the pol2a mutant retains high levels of heterochromatin marks despite having highly disorganized heterochromatin. We actually detect a strong elevation of DNA methylation in the pol2a mutant and explore different hypothesis to explain this unusual phenotype. We show that increased expression of the CMT3 chromomethylase is a likely cause, but that additional molecular mechanisms are probably involved. Further exploration suggests that constitutive replicative stress occurring in pol2a mutants could be an additional cause of DNA hypermethylation.To summarize, this work provide putative causes for DNA hypermethylation and silencing defects in a situation of replicative deficiency. Further investigation will be required to identify the molecular components involved in the mechanism. Our data further suggest that MED14 has a function dedicated to heterochromatin transcription that could promote DNA methylation maintenance.

La sclérose en plaques (SEP) est une maladie auto-immmune notamment marquée par une défaillance de la mise en place des mécanismes de réparation tissulaire, ne permettant pas de rétablir l'homéostasie. L'utilisation de la résolution de l'inflammation, médiée par les. macrophages phagocytant des cellules apoptotiques. a récemment été évoquée afin de proposer une nouvelle famille de médicaments basée 1 sur cette résolution de l'inflammation. Dans ce cadre, nous proposons de résoudre l'inflammation dans un modèle murin de SEP, à l'aide du surnageant de co-culture de macrophages ayant phagocyté des cellules apoptotiques. induisant la production de facteurs pro-résolutifs (SuperMApo). Nous démontrons ici que l'injection de SuperMApo dans un modéle de SEP permet de contrôler la maladie via une reprogrammation des macrophages et des pDC, mais pas des cDC. dans la rate. Ces cellules démontrent en effet une capacité accrue à générer des T régulateurs (Treg) et moins de Th1, et leur présence est nécessaire pour l'effet du SuperMApo. Cette reprogrammation se fait à deux niveaux moléculaires. Premièrement. un contrôle épigénétique de l'expression des gènes induit notamment une modification de la méthylation globale de I' ADN et des promoteurs de miRNA impliqués dans la régulation des réponses immunes. Deuxièmement, une diminution de l'activation des acteurs de la voie de transcription pro-inflammatoire NFκB (nuclear factor kappa 8) a lieu. résultant d'une baisse de l'activation de ces cellules. Ces travaux démontrent donc que cibler la résolution de l'inflammation est une stratégie intéressante afin de contrôler la SEP. / Multiple sclerosis (MS) is an autoimmune disease notably delined bv a default of mechanisms of tissue reparation which are insufficient to establish homeostasis. The active resolution of innammation mediated by macrophage effcrocytosis of apoptotic cells has emerged to propose a new branch of pharmacology named "resolution pharmacology". ln this study. we propose to resolve innammation in a murine model of MS. using the supermatanl issued from the culture between apoptotic cells and macrophages. inducing efferocytosis and the production of pro-resolutive factors (SuperMApo). Here. we demonstrate that injection of SupcrMApo in a model of MS allow the control of the disease correlated with a reduction of the inflammatory inliltrate in the central nervous system. The control of the disease is associated with a reprograrnming of macrophages and pDC, but not cDC, in the spleen, demonstrated by a higher capacity to generate Treg and a lower ability to generate Th 1, and their presence is necessary to the anti-innammatory effect of SupcrMApo. Reprogramming of macrophages and pDC occurs at two main levels. First. an epigenetic control of gene expression induces a modulation of global DNA methylation and a modulation of DNA methylation at the promoter of miRNA implicated in the regulation of immune responses. Secondly, a decreased activation of NFκB activation pathway is observed resulting to a decreased activation of these cells. Thus, this work demonstrates that targeting the resolution of inflammation is an interesting strategy to treat MS.

La mucoviscidose (CF) est la maladie génétique récessive létale la plus fréquente dans la population caucasienne. Elle est caractérisée par une obstruction et des infections des voies respiratoires et une inflammation chronique. La morbidité et la mortalité sont principalement dues à l'atteinte pulmonaire, qui est variable chez les patients, même lorsqu’ils sont porteurs du même génotype. Les facteurs responsables sont multiples : les mutations dans CFTR (le gène responsable de la maladie), les gènes modificateurs, mais aussi les facteurs environnementaux et les modifications épigénétiques. L'objectif principal de ce projet était de déterminer s'il y avait une corrélation entre la méthylation de l'ADN et la sévérité de l'atteinte pulmonaire chez les patients CF. Nous avons obtenu la cohorte METHYLCF (49 patients CF p.Phe508del homozygotes et 24 témoins sains) ainsi qu’une biobanque d'ADN à partir de sang total et de cellules épithéliales nasales (NEC). Les patients CF ont été stratifiés en fonction de leur VEMS, ajusté à l’âge. D’une part, nous avons analysé la méthylation de l'ADN dans CFTR plus 13 gènes modificateurs en utilisant la méthode de conversion au bisulfite et séquençage de nouvelle génération (plateforme 454 Roche). D’autre part, nous avons réalisé une analyse pan-génomique de la méthylation de l'ADN avec la plateforme 450k BeadChip (Illumina). Les sites différentiellement méthylés (DMS) sélectionnés ont été validés par pyroséquençage (PyroMark Q24, Qiagen). Deux gènes modificateurs ont été identifiés comme différentiellement méthylés chez les patients CF par rapport aux témoins: EDNRA dans le sang et HMOX1 dans le sang et dans les NEC. De façon intéressante, dans les NEC, la méthylation de EDNRA, HMOX1 et GSTM3 a été corrélée avec la sévérité de l’atteinte pulmonaire. De plus, de faibles niveaux de méthylation d'ADN dans GSTM3 ont été associés à la présence de l'allèle GSTM3*B, un polymorphisme de séquence qui a un effet protecteur chez les patients CF. Grâce à l'analyse tout-génome, nous avons identifié 1267 DMS, associés à 638 gènes, chez les patients CF par rapport aux témoins, et 187 DMS, associés à 116 gènes, chez les patients CF sévères par rapport aux modérés. Parmi ces gènes, il y a de nombreux gènes importants pour l’adhésion cellulaire et les réponses immunitaire et inflammatoire. Les DMS identifiés sont enrichis dans des régions prédites comme enhancers, pouvant représenter des séquences régulatrices, mais également en régions intergéniques. De façon intéressante, 80 gènes différentiellement méthylés sur 638 étaient différentiellement exprimés (méta-analyse de données transcriptomiques disponibles). Six sur neuf DMS sélectionnés ont été validés et cinq DMS sur six ont été répliqués dans une population indépendante. De plus, 23 DMS, dont 10 intergéniques, étaient corrélés avec le VEMS. Notre étude a montré que la méthylation de l'ADN est profondément modifiée dans le sang et dans les NEC des patients CF. Des faibles changements de méthylation de l'ADN ont été observés dans des gènes modificateurs connus ; des changements de méthylation plus importants ont été observés dans d'autres gènes qui pourraient représenter de nouveaux modificateurs de la fonction pulmonaire. Ensemble, ces gènes pourraient moduler la sévérité de l’atteinte pulmonaire chez les patients CF. / Cystic fibrosis (CF) is the most common life-threatening recessive genetic disease in the Caucasian population. It is characterized by airway obstruction, respiratory infection and inflammation. Morbidity and mortality are mainly due to lung disease, which is variable among CF patients, even for those having the same genotype. Contributing factors are mutations in CFTR (the disease-causing gene), modifier genes, but also environmental factors and epigenetics. The main goal of this project was to determine whether there was a correlation between DNA methylation and the severity of CF lung disease. We built the METHYLCF cohort (49 p.Phe508del homozygous CF patients and 24 healthy controls) and a DNA biobank from whole blood and nasal epithelial cells (NEC). CF patients were stratified accordion to their FEV1% predicted, adjusted to age. We profiled DNA methylation at 14 modifier genes using bisulfite conversion and next-generation sequencing (454 Roche). Genome-wide DNA methylation was analyzed with the 450K Beadchip (Illumina). Selected differentially methylated sites (DMS) were validated by pyrosequencing. Using the candidate modifier gene approach, we showed that two CF modifier genes were differentially methylated in CF patients compared to controls: EDNRA in blood and HMOX1 in blood and NEC. Methylation of EDNRA, HMOX1 and GSTM3 was associated with lung disease severity in NEC. Interestingly, low DNA methylation levels at GSTM3 were associated with the GSTM3*B allele, a polymorphic 3-bp deletion that has a protective effect on CF patients. In addition, through the genome-wide analysis, we identified 1267 DMS, associated with 638 genes, between CF patients and controls and 187 DMS, associated with 116 genes, between severe CF and mild CF patients. DMS were enriched at predicted enhancers, which may represent regulatory sequences, and also at intergenic regions. Gene ontology analyses highlighted cellular processes relevant to CF, i.e. cell adhesion and inflammatory and immune response. Interestingly, 80 out of 638 differentially methylated genes were differentially expressed in publicly available NEC transcriptomic data. Six out of 9 selected DMS were validated and five out of six DMS were replicated in an independent set of patients. Additionally, 23 DMS, 10 of which were intergenic, correlated with FEV1% predicted. Our study has shown that DNA methylation is altered in blood and NEC of CF patients. Small DNA methylation changes were observed at known CF modifier genes; more dramatic DNA methylation changes were found at other genes that may impact lung function. Collectively, these epigenomic variations may lead to different degrees of lung disease severity in CF patients.

La maintenance de la méthylation ADN sur les sites CG joue un rôle crucial dans le silencing des éléments transposables (TE) et l’expression correcte des gènes. Chez Arabidopsis thaliana, on observe, dans le mutant met1-3 déficient en méthylation CG, une apparition ectopique de méthylation CHG sur de nombreux gènes, ainsi qu’une relocalisation de la diméthylation de la lysine 9 de l’histone H3 (H3K9me2) de l’hétérochromatine vers l’euchromatine. Nous avons démontré que ceci est lié à un défaut de transcription au niveau du grand intron du gène codant la déméthylase H3K9me2 IBM1. Nous avons également constaté que dans les épihybrides F1 issus du croisement de plantes met1-3 avec une plante sauvage la méthylation CHG présente dans l’intron de l’allèle IBM1 hérité du parent mutant était perdue. Afin de définir si la perte de méthylation affecte également d’autres loci génomiques, et plus globalement à l’échelle du génome entier l’impact de la rencontre de deux épigénomes différents, nous avons analysé les profils de méthylation, de siRNAs et de transcription des épihybrides F1. Nos données révèlent que l’union de deux méthylomes distincts au sein d’un même génome provoque une restructuration considérable des profils épigénétiques et transcriptionnels. La méthylation CHG apparaissant sur de nombreux gènes dans met1 tend à persister, créant ainsi de nouveaux épiallèles pouvant être hérités. Du côté des TE, nombre d’entre eux sont déméthylés et réactivés, tandis que d’autres sont immédiatement reméthylés et resilencés. Ainsi, ces résultats contribuent à la compréhension de la stabilité de la méthylation ADN et de son rôle dans le contrôle différentiel des gènes et des TE. / Maintenance of DNA methylation at CG sites is crucial for silencing of transposable element (TE) and proper expression of genes. In Arabidopsis thaliana, met1-3 mutant, deficient in CG methylation, shows ectopic appearance of CHG methylation at numerous genes, as well as relocation of H3K9me2, from heterochromatin towards euchromatin. We have shown that this is due to a defect of the transcription of the large intron of the gene encoding the IBM1 H3K9me2 demethylase. We also found that, in the F1 epihybrids from the cross between met1 and WT plants, CHG methylation at the intron of the met1-derived IBM1 allele is lost. In order to define whether the loss of methylation at IBM1 also affects other genomic loci, and the impact of the union of two different epigenomes on methylation and transcription genome-wide, we analyzed the methylation, siRNA and transcription patterns of F1 epihybrids. Our data reveal that the union of two distinct methylomes within the same genome triggers considerable restructuring of epigenetic and transcriptional patterns. CHG methylation appearing in the mutant parent tends to persist in F1, creating new epialleles that can be inherited. On the TE side, lots of them are demethylated and reactivated while others are immediately remethylated and resilenced. Thus, our results provide new insights to the understanding of DNA methylation stability and its role in the differential control of genes and TEs.