Les gènes Hox sont responsables de l’identité des segments le long de l’axe antéro-postérieur. Ils sont évolutivement conservés et codent des facteurs de transcription. In vitro, toutes les protéines Hox se lient à des séquences nucléotidiques très similaires via un domaine de liaison à l’ADN très conservé, l’homéodomaine (HD). Cette faible spécificité de liaison à l’ADN in vitro contraste avec leur spécificité d’action in vivo. Une manière d’expliquer ce paradoxe est que les protéines Hox agissent en interaction avec des protéines cofacteurs, dont le mieux caractérisé est Extradenticle (Exd) chez la drosophile, Pbx chez les mammifères (collectivement appelés PBC). L’interaction Hox-PBC s’appui sur un motif conservé chez la presque totalité des protéines Hox, situé en amont de l’HD, le motif Hexapeptide (HX). Des travaux récents au sein de notre équipe ont montré l’existence d’un nouveau mode d’interaction Hox-PBC, non-générique, médié par un motif spécifique à certains groupes de paralogies seulement, et situé en en C-terminal de l’HD. Ceci souligne que les interactions Hox-PBC, qui spécifient la fonction des protéines Hox, reposent sur de modes multiples d’interaction.Mes travaux de thèse ont porté sur le mode d’action des protéines Hox, en étudiant la fonction de trois motifs ayant un rôle démontré ou potentiel dans le recrutement du cofacteur Exd par la protéine Hox de drosophile AbdominalA (AbdA). L’approche empruntée visait à analyser de manière globale la manière dont chacun de ces motifs pris isolément, ou en interaction, définit la fonction d’AbdA. Les conclusions de ce travail soulignent l’absence de pléiotropie fonctionnelle et un haut degré d’interactivité entre ces motifs. Le second volet de ma thèse a été d’initier la découverte de nouveaux motifs fonctionnels au sein des protéines Hox. J’ai abordé cette question en sélectionnant des modules phylogénétiquement conservés. Afin d’évaluer leur fonction, ces motifs ont été mutés et l’impact de leur mutation a été analysé in vitro et in vivo. Les résultats obtenus ont permis l’identification d’au moins un domaine protéique qui contribue de manière prédominante à la fonction de la protéine Dfd. / Hox genes are responsible for the identity of segments along the antero-posterior axis. They are evolutionarily conserved and encode transcription factors. In vitro, all Hox proteins bind to a similar nucleotide sequence via a highly conserved DNA binding domain, the homeodomain (HD). This low specificity of DNA binding in vitro contrasts with their specificity in vivo. One way to explain this paradaox is that Hox protein function with protein cofactors, best represented by Extradenticle (Exd) in Drosophila, Pbx in mammals (collectivaly refered as PBC). Hox-PBC interaction relies on a motif located upstream of the HD, conserved in most Hox proteins, the Hexapeptide (HX). Recent work in our group identified a novel mode of Hox-PBC interaction, non-generic, specific to a subset only of Hox paralog groups, and relying on a motif located C-terminal to the HD. This highlight plasticity in Hox-PBC interaction.My PhD work aimed at investigating the mode of action of Hox protein, by studying the function of three protein motifs, with known or putative role in Exd recruitment by the Drosophila Hox protein AbdominalA (AbdA). The approach taken aimed at analyzing, using a large functional window, how these motifs, taken in isolation or collectively, define AbdA protein activity. Conclusions highlight the absence of pleitropy and a high degree of functional interaction for these protein motifs. The second part of my PhD work has been to initiate the search for novel functionally important protein motifs within Hox proteins. This was approached by selecting phylogenetically conserved motifs, and addressing their function in vitro and in vivo following motif mutations. At least one functional domain was isolated, that contributes predominantly to Dfd protein function.

Comment le plan d’organisation d’un organisme est-il mis en place est une question centrale de la biologie du développement. Les séquençages complets de plusieurs génomes de métazoaires ont montré qu’un nombre restreint de molécules régulatrices soutiennent la diversité des plans d’organisation des animaux, suggérant que ces molécules sont utilisées de manière répétée dans des contextes différents. Cela soulève la question de la diversité d’action : comment ces molécules acquièrent-elle une diversité fonctionnelle ? De plus, la plupart des molécules régulatrices partagent des motifs (fonctionnels/structuraux) communs, soulevant la question de la spécificité : comment des molécules partageant des propriétés biochimiques similaires contrôlent-elles des programmes développementaux spécifiques ?Mon équipe d’accueil s’intéresse à ces questions en utilisant les facteurs de transcription Hox de la Drosophile comme paradigme d’étude.Durant ma thèse, j’ai développé trois lignes de recherches : (1) J’ai adapté la technique de complémentation bi-moléculaire de fluorescence (BiFC) de visualisation des interactions protéines-protéines à l’embryon de drosophile en développement.(2) J’ai employé la BiFC pour disséquer la formation des complexes Hox-protéines PBC. Mes résultats remettent en question le paradigme établit : (a) en soulignant la multiplicité des modes d’interaction Hox-PBC existants, (b) en démontrant que cette diversité peut être source de spécificité d’action.(3) La BiFC a ensuite été exploitée dans un crible par approche gènes candidats pour identifier de nouveaux partenaires des protéines Hox. / My current laboratory aims to tackle the issue of specificity and diversity of regulatory molecules, taking the Drosophila Hox transcription factors as a paradigm for the analysis. During my PhD, I developed three connected research lines.Project 1: Visualization of protein interactions in living Drosophila embryos by the BiFC assayOur results establish the general suitability of BiFC for revealing and studying protein interactions in their physiological context during the rapid course of Drosophila embryonic development.Project 2: Investigation of Hox/PBC complex formation in vivo using BiFC Our findings challenge the current paradigm of Hox/Pbx complex assembly: (a) highlighting the existence of alternative modes of Pbx recruitment, (b) demonstrating that unique Hox-PBC interaction modes can provide specific regulatory function in absence of DNA-binding selectivity.To achieve this project BiFC was also performed with vertebrate Hox proteins in chicken embryos.Project 3: Realization of a candidate interaction screen based on BiFC to identify novel Hox protein partners in vivo(a) We have revealed that Hox proteins establish specific interactions with different subunits of the general mediator complex. These results constituted one of the rare studies making a direct link between the Hox regulators and components of the basal transcriptional machinery, in a physiological context.(b) We have discovered that Hox proteins can interact with importin proteins. This result allows us to assess the importance of controlling the nuclear localization of Hox proteins for controlling their regulatory activities during embryogenesis.

Les gènes Hox codent des facteurs de transcription à homéodomain (HD). Bien que ce dernier reconnaisse des séquences similaires in vitro, les protéines Hox achèvent des fonctions hautement spécifiques in vivo. Des séquences protéiques en dehors de l’HD influencent la spécificité d’action des protéines Hox par le recrutement de cofacteurs, dont le mieux caractérisé est Extradenticle (Exd) chez la drosophile. Des travaux récents au sein de notre équipe ont démontré la contribution fonctionnelle de trois motifs de AbdA, aussi bien dans des fonctions Exd-dépendantes qu’à des fonctions Exd-indépendantes. Mon travail de thèse a porté sur la caractérisation de la contribution des motifs protéiques de AbdA dans la sélection puis dans la régulation des gènes cibles en utilisant une approche combinée ChIPseq/RNAseq, dans un contexte Exd-indépendant. Le code ADN identifié nous a renseigné sur la présence d’inputs transcriptionnels additionnels. Ces derniers correspondant à des facteurs de transcription déjà connus, leur présence dans un complexe protéique avec AbdA a été démontrée par des analyses de spectrométrie de masse. Un second volet de mon travail de thèse a été l’identification de modifications post-traductionnelles pouvant rendre compte d’un mécanisme de régulation de l’activité des protéines Hox. Des analyses prédictives in silico, confirmées par des approches biochimiques et des analyses in vivo ont démontré la SUMOylation de AbdA. Ces résultats préliminaires posent les bases pour des travaux futures qui auront pour objectif d’identifier les résidus d’AbdA SUMOylés et d’élucider le rôle de cette modification dans la régulation de l’activité de la protéine AbdA. / Hox genes encode homeodomain-containing transcription factors (HD). Although the HD binds to similar DNA sequences in vitro, Hox proteins display a high functional specificity in vivo. Protein motifs outside of the HD influence Hox specificity through recruiting additional cofactors, with the best characterized being Extradenticle (Exd in Drosophila). Recent evidence from our group has uncovered the functional contribution of AbdA intrinsic motifs to AbdA Exd-dependent functions as well as AbdA Exd-independent functions. My PhD work has aimed to characterize the contribution of AbdA motifs to target gene selection and regulation using a combined approach of ChIPseq/RNAseq in an Exd-independent context. The DNA code identified provides us with new insights about additional transcriptional inputs from additional DNA-binding proteins lying in the vicinity of AbdA recognition sites. Mass spectrometry analysis establishes the occurrence of these additional DNA binding proteins in a multi-protein complex with AbdA. Deciphering the involvement of post-translational modifications in the regulation of Hox protein activity was another aspect of my PhD work. In silico predictive analysis, followed by biochemical approaches and in vivo assays reveal the potential for SUMOylation of AbdA as a potentially important regulatory component of AbdA activity. These preliminary results set the bases for further work aimed at identifying SUMOylated residues on AbdA and the functional relevance of such post-translational modification on AbdA activity regulation.