La lysine méthyltransférase PR-Set7 est responsable de la monométhylation de la lysine 20 de l'histone H4 (H4K20me1). Son expression varie au cours du cycle cellulaire. D'un niveau peu élevé en phase S, l'enzyme atteint un niveau maximum au cours de la mitose. Mon projet de thèse avait pour but de caractériser les fonctions de PR-Set7 et les raisons de cette régulation au cours du cycle. Présentés sous forme de publication, les résultats de ma thèse montrent que PR-Set7 induit un signal H4K20me1 au niveau des origines de réplication pendant la mitose, ce qui permet le recrutement des complexes de pré-réplication (Pre-RC) contenant les facteurs nécessaires à la formation des fourches de réplication lors la phase S suivante. En effet, la présence de PR-Set7 sur une séquence d'ADN spécifique est suffisante pour induire le co-recrutement des protéines du complexe Pre-RC, tandis que l'inactivation de l'enzyme conduit au contraire à un défaut d'assemblage de ces complexes suivi d'un stress réplicatif. Lors de la phase S, PR-Set7 est dégradée par le complexe Cul4-DDB1, via son interaction avec la protéine PCNA. Cette dégradation permet la disparition du signal H4K20me1 des origines et l'inhibition des complexes Pre-RC, s'assurant ainsi que les origines sont actives une seule fois par cycle cellulaire. La mutation du domaine d'interaction avec PCNA est suffisante pour empêcher la dégradation de PR-Set7, entraînant alors la maintenance du signal H4K20me1 et une activation répétée des origines pendant la phase S (phénotype de sur-réplication). L'ensemble de mes résultats établissent PR-Set7 et le signal H4-K20me1 comme un nouveau mécanisme épigénétique de contrôle des origines de réplication chez les mammifères. / The lysine methyltransferase PR-Set7 is responsible of the monomethylation of lysine 20 of histone H4 (H4K20me1). Its expression is cell-cycle regulated. With weak levels in S phase, this enzyme reach a peak level during mitosis. My PhD project was to characterize the functions of PR-Set7 and the reasons underlying its cell-cycle regulation. Presented as publications, my results show that PR-Set7 induces H4K20me1 on replication origins during mitosis, which allows recruitment of pre-replication complexes (Pre-RC) containing all the factors required to create replication forks during the next S phase. Indeed, the presence of PR-Set7 on a specific DNA sequence is sufficient to induce the co-recruitment of Pre-RC complex proteins, whereas the inactivation of this enzyme leads to defects in the assembly of these complexes followed by a replicative stress. During S phase, PR-Set7 is degraded par the Cul4-DDB1 complex through its association with PCN A. This degradation induces the disappearance of H4K20me1 on origins and inhibition of Pre-RC complexes, ensuring that origins are activated only once per cell cycle. Mutations in the interaction domain with PCNA are sufficient to prevent PR-Set7 degradation, leading to the maintenance of H4K20me1 and a multiple activation of origins during S phase (over-replication phenotype). My results establish PR-Set7 and H4K20me1 as a new epigenetic mechanism to control replication origins in mammals.

ERRα est un récepteur nucléaire dont l’activité est controlée par des co-régulateurs transcriptionnels. La forte expression de ERRα dans les cancers est corrélée à un mauvais pronostic. Les mécanismes par lesquels ERRα régule la migration des cellules cancéreuses sont mal compris, tout comme les co-régulateurs impliqués. Nous avons identifié deux enzymes modificatrices d’histone, LSD1 et SET7, agissant comme régulateurs positifs de ERRα.I. ERRα modifie les activités biochimiques de la déméthylase LSD1 vers la déméthylation (activatrice) de H3K9me2. L’activation des cibles de ERRa-LSD1 (identifiées par RNA-Seq) requiert le recrutement de ce complexe aux sites d’initiation de la transcription (TSSs), réalisé par le facteur de transcription NRF1 qui, lui, ne régule pas l’activité enzymatique de LSD1.II. Un autre groupe de cibles de ERRα (identifié par RNA-Seq) est sous le contrôle de l’histone méthyltransférase SET7 qui mono-méthyle H3K4. Le recrutement de SET7 aux TSSs est contrôlé par le facteur de transcription ETS1, qui promeut les interactions entre SET7 et ERRα, conduisant à l’activation de l’expression des gènes en aval.Des analyses par Gene Ontology ont montré que les cibles communes de ERRα/LSD1 et de ERRα/SET7 sont fortement enrichies en termes d’invasion cellulaire. De manière cohérente, la déplétion individuelle de chacun de ces facteurs (et également celle de NRF1 ou ETS1) réduit les capacités d’invasion, observée en tests in vitro (transwell) ou in vivo par xénogreffe sur embryons de poisson-zèbre.En résumé, nos résultats montrent deux réseaux de régulation impliquant des modifications d’histone induites par ERRα, conduisant à l’invasion cellulaire. / ERRα is a nuclear receptor whose activity mainly depends on its interaction with transcription co-regulators. High levels of ERRα are found in various cancer types and correlate with poor prognosis. However, the mechanisms linking ERRα to cancer cell migration as well as the coregulators involved are unclear. In our study, we found two histone-modifying enzymes, LSD1 and SET7, acting as positive regulators of ERRα.I. ERRα impacts the biochemical activities of the LSD1 demethylase. Activation of ERRα -LSD1 targets (identified by RNA-Seq) requires the recruitment of this complex at Transcriptional Start Sites (TSSs), which is achieved by the NRF1 transcription factor. In our study, we have shown several points: NRF1, but not ERRα , is involved in positioning LSD1 to TSS, whereas ERRα , but not NRF1, regulates LSD1 enzymatic activities towards demethylating H3K9me2.II. A distinct group of ERRa target genes (identified by RNA-Seq) is under the control of the histone methyltransferase SET7 which mono-methylates H3K4. Appropriate recruitment of SET7 at TSSs is controlled by the ETS1 transcription factor, promoting the interaction between SET7-ERRa, leading to target gene expression.Gene Ontology analysis revealed that ERRa-LSD1 co-targets, as well as ERRa-SET7 co-targets, are enriched in terms of cell invasion. Consistently, depletion of each of these factors, as well as depletion of NRF1 or ETS1, leads to reduced cell invasion capacities as observed in transwell assays or in vivo, using xenotransplantation in the zebrafish embryo.Altogether, our results show two regulatory networks involving histone modifications induced by nuclear receptors, leading to increased cell invasion.

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E2F-1 has a central role in cell cycle orchestration, and its activity is tightly regulated. One of the ways E2F-1 activity is controlled is by direct modification by post translational modifications such as acetylation, ubiquitination and phosphorylation. Here it was demonstrated that E2F-1 is targeted by two novel modifications, namely methylation by Set7/9 and NEDDylation, both within the DNA binding and heterodimerisation domain of the protein. NEDDylation and methylation of E2F-1 both decrease the stability and diminish the transcriptional activity of E2F-1. Lysine residues in E2F-1 involved in NEDDylation are also targeted by methylation, allowing the potential for interplay between these modifications. Methylation of E2F-1 was demonstrated to be a prerequisite for its NEDDylation and the multi-domain protein UHRF1 implicated in mediating this effect. The results define a new level of control on E2F-1 and suggest a protein code with pleiotropic effects involved in E2F-1 regulation.