Au cours de ma thèse, je me suis intéressée au développement du système cardio-vasculaire chez la drosophile afin de mieux comprendre la logique de régulation de ce processus. Au cours de l'embryogenèse, la cardiogenèse est réalisée grâce à un réseau de régulation génique (GRN) qui conduit à la formation d'un simple tube cardiaque linéaire. Ensuite, lors de la métamorphose, le tube cardiaque larvaire est remodelé pour former l'organe adulte.J'ai d'abord participé à l'évaluation et à l'amélioration d'une nouvelle méthode, cisTargetX, qui permet prédire des modules cis-régulateurs (CRM) présentant des caractéristiques communes à un groupe de gènes co-exprimés.En utilisant cette méthode, j'ai analysé le transcriptome du remodelage du cœur afin de prédire des motifs pouvant être liés par des TF impliqués dans le contrôle temporel de l'expression des gènes, ainsi que les CRM associés. Grâce aux validations in-vivo des CRM prédits, j'ai démontré qu'ils étaient capables de reproduire le patron d'expression temporel attendu. J'ai également démontré que la mutation du motif en question au sein de deux des CRM testés permet de supprimer son patron d'expression sauvage. Ce motif est reconnu par des facteurs de transcription (TF) de la famille des récepteurs nucléaires (NR). Dhr3, un NR fortement exprimé au début de l'induction des gènes analysés, est montré comme étant essentiel au patron d'expression temporel. Nos résultats suggèrent une architecture du GRN, dans lequel les régulations temporelle et spatiale sont distinctes.Par la suite, j'ai participé à la caractérisation du GRN impliqué dans la cardiogenèse. En combinant un transcriptome issu de la différenciation des cellules cardiaques avec des expériences ChIP-on-Chip sur le TF MEF2, j'ai prédit que certains TF appartenant aux familles bZIP et REL sont susceptibles de participer au GRN responsable de la différenciation cardiaque. La validation in-vivo de ces prédictions est en cours. / During my thesis, I focused on the development of the cardiovascular system in Drosophila in order to investigate the regulatory logic of this process. During embryogenesis, cardiogenesis is mediated by a gene regulatory network which includes conserved signaling pathways and transcription factors, and leads to the formation of a linear cardiac tube. Then, during metamorphosis, the larval cardiac tube is remodeled to form the adult organ.I first participated in the evaluation and the improvement of a new method, cisTargetX, that uses a comprehensive library of motifs, combined with phylogenetic conservation, to identify potential cis-regulatory modules (CRM) presenting common features in a cluster of co-expressed genes.Using this method among other tools, I analysed cardiac remodeling during metamorphosis to predict motifs for transcription factors (TF) involved in the temporal control of gene expression, and also their associated CRM. I performed in-vivo validations of predicted CRM, and demonstrated that they reproduce the expected temporal expression pattern. In addition, I demonstrated that motifs mutation within selected CRM abrogate this expression pattern. This motif is predicted to be recognized by a TF that belong to the nuclear receptor (NR) family. Dhr3, a NR highly expressed at the onset of the induction of the analysed gene set, is demonstrated to be essential for CRM temporal pattern. Our results suggest a modular architecture of the regulatory machinery, in which the temporal and spatial regulations are distinct.Next, I participated in the characterization of the Gene Regulatory Network (GRN) involved in cardiac differentiation during embryogenesis. Combining transcriptome profiling of differentiating cardiac cells with Mef2 Chip-on-Chip experiments allowed me to predict that TF belonging to bZIP and REL family are likely to participate in the GRN driving cardiac differentiation. In-vivo validation of these predictions is in progress.

La génération de la diversité morphologique n’implique pas seulement l’émergence de nouveaux caractères morphologiques, mais aussi la modification de caractères pre-existants. Des changements dans l'expression génique sous-tendent l’apparition et la divergence de morphologies au cours de l'évolution. Les variations de l'expression d'un gène peuvent résulter des modifications dans la séquence nucléotidique de ses éléments cis-régulateurs (ECRs) et/ou dans la séquence codante des facteurs de transcription (FTs) qui le régulent. En conséquence, la compréhension de l'évolution d'un nouveau trait exige l'élucidation des modifications en cis et en trans expliquant les différences d'expression des gènes. Les études sur la pigmentation des drosophiles ont considérablement contribué à notre compréhension du rôle joué par la modification des ECRs dans la diversification morphologique. Pour comprendre les mécanismes génétiques et moléculaires qui sous-tendent l’émergence et la diversification des traits morphologiques, nous avons décidé d’étudier l'évolution des motifs de pigmentation de l’aile chez les mouches du groupe d'espèces Drosophila melanogaster. Nous constatons que la diversification des modes de pigmentation de l’aile dans ce groupe est en corrélation avec la divergence d'expression d'un gène de pigmentation, yellow. Nous avons choisi de disséquer la régulation transcriptionnelle de yellow dans l’une des espèces tachetées, Drosophila biarmipes, avec pour objectif d'élucider les mécanismes responsables de la diversification de l'expression de yellow.Drosophila biarmipes, une espèce proche de Drosophila melanogaster, a développé une nouvelle tache de pigmentation sur aile qui est absente chez D. melanogaster. L'évolution de ce caractère est corrélée au changement d’expression de yellow. Une précédente étude a identifié, dans la région 5' du promoteur de yellow de D. biarmipes, un ECR qui suffit à reproduire une partie de l'expression de yellow lorsqu’il est transformé chez D. melanogaster. Avec un crible RNAi, j’ai identifié cinq FTs qui peuvent réguler l’ECR de yellow. Un de ces candidats, Distal-less, est exprimé d’une façon qui correspond à celle de l'expression de yellow et au profil de la pigmentation de l’aile chez D. biarmipes. Une analyse comparative de Distal-less et yellow a mis en évidence que les profils d'expression de ces gènes sont également corrélés avec les différents patrons de pigmentation dans les ailes d’autres espèces de drosophiles. J’ai aussi pu montrer que la surexpression de Distal-less dans l’aile de D. biarmipes est suffisante pour induire de la pigmentation ectopique. Ceci suggère que Distal-less ne régule pas seulement yellow, mais l’ensemble des gènes de pigmentation nécessaires à l’apparition de tache chez D. biarmipes. Mon travail montre que l'évolution de nouveaux motifs de pigmentation a commencé par le recrutement de Distal-less sur une batterie de gènes pigmentation. A partir de ces constatations, nous proposons un modèle expliquant les mécanismes de régulation conduisant à l'émergence et la diversification des motifs de pigmentation de l'aile au sein du groupe d'espèces melanogaster. Nous suggérons que dans un ancêtre commun de ce groupe, Distal-less a été recruté par une batterie des gènes de pigmentation, qui conduisent à l'émergence d'un motif de pigmentation. Par ailleurs, nous faisons l’hypothèse qu’une fois un lien régulatoire a été formé entre Distal-less et les gènes de pigmentation, alors la divergence d'expression de Distal-less pourrait entraîner des changements dans la régulation spatiale de tous les gènes de pigmentation donnant lieu à la diversification des motifs de pigmentation. / The generation of morphological diversity involves not only the emergence of novel morphological traits but also the modification of pre-existing ones. To understand the genetic and molecular mechanisms underlying the gain and diversification of morphological traits, we chose to study the evolution of wing pigmentation patterns in a group of flies in the melanogaster species group. We find that the diversification of wing pigmentation patterns in this group is mirrored by the divergence of expression of a pigmentation gene, yellow. To decipher the regulatory mechanisms underlying the diversification of yellow expression, we chose to dissect the transcriptional regulation of yellow in one spotted species, D. biarmipes. A functional dissection of the yellow spot enhancer, situated at the 5’ of the D. biarmipes yellow promoter, shows that a homeobox transcription factor, Distal-less (Dll), is a direct activator of yellow. Moreover, we show that ectopic expression of Dll is sufficient to induce ectopic pigmentation in D. biarmipes, which suggests that Dll is regulating yellow and other pigmentation genes. Furthermore, we find that the divergence of Yellow expression pattern in the melanogaster species group is correlated with the divergence in expression of Dll. Based on our findings we propose a model to explain the regulatory mechanisms that lead to the emergence and diversification of wing pigmentation patterns within the melanogaster species group. We suggest that in a common ancestor of all spotted species within the Oriental lineage, there was a gain of regulatory links between Dll and terminal pigmentation genes, such as yellow, which lead to the emergence of an ancestral pigmentation pattern. We further propose that once a regulatory link was formed between Dll and terminal pigmentation genes, divergence of Dll expression could lead to changes in the spatial regulation of all downstream target genes, which would give rise to the diversification of pigmentation patterns. Our study illustrates how key regulators of terminal genes could be targets for mutations that are more likely to lead to morphological diversification.

La régulation transcriptionnelle des eucaryotes supérieurs est un processus hautement contrôlé du point de vue spatial et temporel lors du développement, ou en réaction à l’environnement. La transcription ciblée des gènes codant requiert l’assemblage d’un complexe de pré-initiation (PIC) aux promoteurs comprenant l’ARN Polymérase (Pol) II et les facteurs généraux de transcription (GTFs) et dépend de la médiation d’un signal par les facteurs activateurs de transcription (TFs). Les années récentes ont montré que la transition de l’initiation vers l’élongation productive de la transcription représente une étape clé de la régulation de l’expression des gènes. Ce processus est également contrôlé par la structure de la chromatine, les modifications d’histones et par la présence d’éléments cis-régulateurs tels que les ‘enhancers’ ou les ‘silencers’. Au cours de ma thèse, nous avons entrepris de décrypter les mécanismes de régulation transcriptionnelle impliqués dans les étapes du développement lymphocytaire. Nous avons essentiellement travaillé sur des thymocytes primaires murins isolés au stade de différenciation double positif (DP, CD4+/CD8+) pour lequel de nombreuses séquences de type ‘enhancers’ ont été caractérisées dans la littérature scientifique. Nous avons également utilisé des lymphocytes B humains (Raji) immortalisés pour certaines des expériences impliquant des manipulation génétiques complexes permettant l’étude de mutants du domaine carboxy-terminal (CTD) de Pol II. En couplant des approches d’analyse à l’échelle du génome au séquençage à haut-débit, nous avons établi des cartographies fines de la localisation de Pol II, des GTFs, des TFs,de modifications d’histones (ChIP-Seq) et de nucléosomes (MNase-seq) ainsi que la caractérisation de populations variées d’ARN par RNA-seq. Nos principaux résultats ont révélé (i) l’assemblage du PIC et la transcription des enhancers tissus-spécifiques, (ii) l’existence de plateforme d’initiation de la transcription (TIPs) aux enhancers et aux promoteurs tissus-spécifique, (ii) que le contenu en GC représente l’un des principaux éléments promoteurs mammifères en permettant une ouverture transcription-indépendante de la chromatine, (iv) l’importance d’une nouvelle modification post-traductionnelle du domaine CTD de Pol II pour la progression de l’enzyme en élongation et finalement (v) que la modification de l’histone H3 sur le résidu K36 methylé corrèle avec l’épissage des transcrits Pol II. Globalement, les résultats les plus important de ce manuscrit consistent dans la mise en évidence de la transcription des enhancers comme caractérisant l’expression des gènes tissus-spécifiques et dans l’importance des ilots CpG comme éléments promoteurs mammifères permettant la formation d’une structure ouverte de la chromatine. / Transcriptional regulation in higher eukaryotes resembles a tightly controlled temporal and spatial process, as exemplified during development or an organism’s response to environmental stimuli. Directed transcription requires the assembly of the preinitiation complex (PIC) at the promoter of protein-coding genes, including RNA Polymerase (Pol) II and the general transcription factors (GTFs), mediated by activating transcription factors (TFs). Several rate-limiting steps further control the progression of Pol II initiation to productive elongation of the gene. This process is further controlled by chromatin structure, histone modifications as well as cis-regulatory elements, such as enhancers or silencers. We set out to decipher some of these regulatory mechanisms during the tightly controlled process of lymphocyte development. Our work primarily made use of primary mouse thymocytes in CD4+/CD8+ double positive (DP, CD4+/CD8+) stage during T-cell development. To our advantage, many developmentally important cis-regulatory regions are well characterized in this cell population. For genetic manipulations, we made use of the Raji B-cell lymphoma cell-line. Using high throughput genome-wide approaches based on next generation sequencing (NGS), we performed both localization studies of Pol II, GTFs, TFs, histone modifying enzymes, histone modifications and nucleosomes as well as deep-sequencing of different RNA transcript populations. In summary, we find that (i) PICs assemble at tissue-specific enhancers leading to local transcription, (ii) large transcription initiation platforms (TIPs) at tissue-specific promoters and enhancers exist, which correlate with high CG-content of the DNA and transcription factor binding sites (TFBS), (iii) GC-content regulates the nucleosomal structure and initiation, including directionality, at promoters, (iv) Pol II is phosphorylated at a new residue of it C-terminal domain (CTD) in the 3’ regions of genes and (v) splicing events can influence the chromatin structure. Altogether, these results show that PIC formation at and transcription of enhancers are important for the regulation of T-cell target genes, that CpG islands represent important if not the major regulatory promoter element in mammals guiding tissue-specific gene expression and nucleosome structure, as well as novel mechanisms of Pol II elongation and the effect on chromatin structure.

Les facteurs de transcription de la famille p53 dans l’atrophie musculaire - Implications dans la Sclérose Latérale Amyotrophique et la cachéxie. L’atrophie musculaire est un symptôme dangereux retrouvé dans plusieurs maladies. Dans la sclérose latérale amyotrophique (SLA), une maladie neuromusculaire rare, ainsi que dans le cancer (phénomène de cachexie), l’atrophie musculaire cause le décès des patients. Les facteurs de transcription de la famille p53 sont impliqués dans de nombreux processus cellulaires, faisant face à des situations de « stress » pour les cellules. Notamment, ils peuvent induire la mort cellulaire ou promouvoir la différentiation.Nous avons constaté, à partir de modèles cellulaire et animaux de SLA et cachéxie cancéreuse, que des membres de la famille p53 sont activés dans les muscles atrophiques. Cette activation entraine l’expression de gènes cibles impliqués dans la mort cellulaire. De manière intéressante, TAp73, mais surtout TAp63, sont capables d’activer la transcription d’un effecteur de l’atrophie musculaire appelé MuRF1, démontrant que la famille p53 peut participer activement à l’atrophie en induisant la dégradation des fibres musculaires.De plus, nous avons utilisé nos modèles animaux pour identifier une nouvelle approche contre l’atrophie musculaire. Ainsi, nous avons identifié un dérivé de tocophérol avec des propriétés thérapeutiques intéressantes. / The p53 family of transcription factors in muscular atrophy - Involvements in Amyotrophic Lateral Sclerosis and cachexia Muscular atrophy is a dangerous condition found in several diseases. In amyotrophic lateral sclerosis (ALS), a rare neuromuscular disease, as well as in cancer (phenomenon of cachexia), muscular atrophy can be fatal to patients.The transcription factors from the p53 family are involved in several cellular processes, facing cellular “stress” situations. Most notably, they can induce dell death or promote differentiation.We found, using cellular and mouse models of ALS and cachexia, that members of the p53 family are induced during muscular atrophy. This induction leads to the expression of canonnic target genes involved in cell death. Interestingly, TAp73, but especially TAp63, are able to activate the transcription of an effector or muscular atrophy called MuRF1. This proves that the p53 family cand participate in muscular atrophy by promoting the breakdown of muscle fibres.In addition, we used our mouse models to identifiy a new approach agains muscular atrophy.Indeed, we identified a derivative of tocopherol with interesting therapeutical proprieties.