La transcription par l’ARN polymérase II (ARNP II) est un mécanisme promiscuitaire à l’origine d’évènements transcriptionnels hasardeux, qui génèrent continuellement des transcrits aberrants dans la cellule. L’organisation précise du matériel génétique sous forme de chromatine est cruciale pour améliorer la précision de l’ARNP II en orientant sa fonction pour limiter ses erreurs et empêcher cette transcription cryptique. La structure chromatinienne est très dynamique et plusieurs mécanismes moléculaires coopèrent afin de déstabiliser les nucléosomes en amont de l’ARNP II, pour autoriser la lecture de l’ADN, et de les reconstituer dans son sillage, pour maintenir l’organisation chromatinienne du génome. De façon intéressante, une fonction potentielle de la caséine kinase 2 (CK2) dans la dynamique de la chromatine est suggérée dans la littérature. CK2 est une protéine kinase essentielle, conservée chez les eucaryotes, et impliquée dans des processus cellulaires variés. Dans notre étude, nous explorons le rôle de CK2 dans les modulations de la chromatine associées à la transcription. Nous avons démontré que CK2 phosphoryle le chaperon d’histones Spt6, régulant ainsi sa stabilité et sa fonction d’organisateur chromatinien. L’inactivation de cette voie de régulation conduit à l’accumulation considérable de transcrits cryptiques provenant d’initiations opportunistes intragéniques sens et antisens. La phosphorylation de Spt6 par CK2 favorise le recyclage des histones H3/H4 en 3’ des régions codantes et participe ainsi à la conservation de la structure de la chromatine lors de la transcription et à la suppression de la transcription cryptique. Notre étude suggère en outre que les fonctions de CK2 dans la modulation de la chromatine et la précision transcriptionnelle pourraient s’étendre au-delà de la régulation de Spt6, via la modulation de facteurs tels que les complexes PAF ou FACT. Enfin, nous proposons que la suppression de la transcription cryptique par CK2 contribue à optimiser la transcription afin d’améliorer la réponse transcriptionnelle à des stress extérieurs. L’ensemble de notre étude montre que CK2 stimule la précision transcriptionnelle en régulant directement Spt6 et probablement d’autres facteurs impliqués dans le maintien co-transcriptionnel de la chromatine. Ce mécanisme est crucial pour préserver le programme d’expression du génome et favorise la plasticité et l’efficacité de la réponse transcriptionnelle aux signaux de stress, nécessaires à l’adaptation de la cellule à son environnement. / Transcription by RNA polymerase II (RNAPII) is pervasive and aberrant transcripts are permanently generated within cells. Precise and controlled genomic organization in chromatin structure is essential to improve RNAPII accuracy and prevent cryptic transcripts accumulation. Chromatin structure is highly dynamic during transcription, unfolded to give access to DNA and refolded back in the wake of RNAPII to prevent spurious transcription. Multiple mechanisms act together to make this process highly efficient. Casein Kinase 2 (CK2) is a protein kinase ubiquitously present among eukaryotes and implicated in various important cellular processes. Interestingly, a potential function of this kinase in chromatin dynamics through the regulation of chromatin factors has previously been suggested. In this study, we address the role of CK2 in chromatin modulations associated with transcription. We found that CK2 depletion from yeast cells results in an increase of histone turnover in 3’ of transcribed regions and spurious transcription from cryptic promoters. Interestingly, we demonstrate that CK2 modulates directly Spt6 histone chaperone stability and function. This regulation promotes histone recycling during transcription elongation and maintain chromatin organization within coding regions, thereby inhibiting cryptic intragenic and antisense transcription. Our study also suggests that CK2 suppression of spurious transcription extend beyond Spt6 regulation. Indeed, we describe that additional role of CK2 with respect to spurious transcription could be related to its regulation of RNAP II activity through CTD Ser2 phosphorylation. Chromatin regulators such as PAF complex and FACT could also be involved in this regulation process. Finally, we propose that CK2 suppression of spurious transcription is essential for transcriptional optimal and efficient responses to environmental signals. Altogether, our data highlights CK2 signaling pathway as a regulator of transcription accuracy by affecting the essential histone chaperone Spt6, and probably other factors directly involved in the transcriptional process. This mechanism is important to the suppression of cryptic transcription in steady state conditions but also seems to contribute to the fitness of an optimal cellular response to stress signals.

Le vieillissement et la sédentarité peuvent contribuer à aggraver les facteurs de risque des maladies cardiovasculaires (MCV) et métaboliques. En raison de l'importante influence du muscle squelettique sur le métabolisme énergétique, de la détérioration du profil métabolique et de l'administration de la thérapie hormonale (TH) chez la femme postménopausée, il s'avère impératif de comprendre comment la prise de TH peut modifier le métabolisme énergétique du tissu musculaire à l'intérieur de cette population. Aussi, l'entraînement en endurance permet l'amélioration de plusieurs facteurs de risque modifiables rattachés aux MCV, à l'obésité et au syndrome métabolique. La compréhension des mécanismes moléculaires responsables de ces adaptations bénéfiques, particulièrement chez la personne âgée, demeure toutefois incomplète. Le premier objectif de cette maîtrise était de caractériser les effets aigus d'une injection d'estradiol sur le transcriptome du muscle squelettique de souris femelles ovariectomisées. L'analyse de l'expression génique a montré une modulation distincte à 3 h et 18 h vs. 6 h et 24 h suivant l'injection. Principalement, cette étude suggère la modulation concomitante de transcrits fonctionnellement rattachés à la détermination de la typologie musculaire, à la structure et à la croissance de la fibre musculaire, ainsi qu'au métabolisme énergétique. Le second objectif de cette maîtrise était de caractériser les effets de six semaines d'entraînement à intensité modérée, fixée au seuil lactique (SL), sur le transcriptome du muscle squelettique d'hommes âgés. Cet entraînement a eu pour effet d'améliorer plusieurs paramètres métaboliques tels la capacité aérobie et le taux de lipoprotéines de haute densité (HDL-cholestérol). L'analyse transcriptomique a aussi révélé une transition de la typologie musculaire allant du type rapide vers le type lent, une augmentation du nombre de transcrits codés par l'ADN mitochondrial, ainsi que l'induction de transcrits associés à la matrice extracellulaire et à la phosphorylation oxydative. Ces résultats suggèrent une amélioration du métabolisme des glucides et des lipides chez les hommes âgés suite à l'entraînement en endurance à intensité SL. Finalement, ces deux études ont montré la modulation de transcrits partiellement caractérisés ou non caractérisés à ce jour. Elles contribuent également à l'amélioration de la connaissance des mécanismes d'adaptations du Ill transcriptome du muscle squelettique face à la TH et à l'entraînement en endurance chez l'individu âgé.

L'ovule est la seule cellule capable de remodeler l'information génétique de deux parents en celle d'un nouvel embryon, et ce potentiel s'est hautement conservé au cours de l'évolution. La reprogrammation d'un noyau se produit, pour la majorité des espèces, en absence de transcription. Ainsi. l'ARN et les protéines présentes dans l'ovule au moment de la fécondation constituent tout le matériel nécessaire pour soutenir le développement embryonnaire précoce. Les mécanismes tels que l'arrêt méiotique, la méthylation/déméthylation de l'ADN et les réarrangements épigénétiques sont communs à la majorité des vertébrés. Par contre, certaines différences peuvent être observées dans des processus tels la fécondation et la reconnaissance des gamètes. Ce projet vise à identifier des gènes conservés chez les vertébrés et impliqués dans les mécanismes de reprogrammation, puis d'évaluer l'impact de la surexpression de gènes sélectionnés sur la configuration de la chromatine de cellules humaines. La première étape du projet était d'établir un profil fonctionnel des différences et similitudes observables dans le transcriptome de l'ovule des vertébrés. Pour ce faire, nous avons comparé le transcriptome de l'ovule humain aux transcriptomes spécifiques à l'ovule de souris, de bovin et de xénope via une analyse par biopuce développée au sein de notre laboratoire. Pour la seconde partie de la thèse, nous avons sélectionné des candidats qui ont été surexprimés dans des cellules humaines en culture, et avons évalué leur impact à plusieurs niveaux sur la chromatine. Suite aux résultats obtenus, nous nous sommes concentrés sur l'analyse de gènes pouvant être impliqués dans la déméthylation de l'ADN et avons vérifié si leur coexpression pouvait induire la déméthylation d'ADN dans des fibroblastes humains. Une approche d'immunoprécipitation de chromatine et de séquençage au bisulfite nous a permis d'observer une déméthylation modérée à certains sites spécifiques, confirmant un rôle de ces gènes dans la déméthylation de l'ADN humain. Les travaux présentés dans cette thèse permettent de souligner le potentiel de gènes ovocytaires à reconfigurer la chromatine dans d'autres types cellulaires. Leur caractérisation plus poussée pourrait notamment contribuer à des avancements dans la compréhension et la maîtrise des mécanismes de reprogrammation pour la recherche en reproduction ou en médecine regenerative.

La transcription est le processus biologique qui permet l'expression des gènes et donc est essentielle à la vie cellulaire. Ce phénomène nécessite une régulation très fine via de nombreux signaux cellulaires menant à un contrôle de la dynamique chromatinienne. Chez Saccharomyces cerevisiae, le complexe histone acétyltransférase NuA4 participe à cette régulation en acétylant les queues N-terminales des histones H4 et H2A. La chromatine est alors plus relâchée, ce qui facilite l'accès de toute la machinerie transcriptionnelle. Lors de cette étude, nous avons abordé deux aspects distincts de la fonction de NuA4. D'une part, la sous-unité Yng2, homologue de suppresseur de tumeur humain impliqué entre autres dans la régulation de p53, est connue pour interférer dans plusieurs processus cellulaires. In vivo, le mutant Ayng2 entraîne une diminution de l'acétylation de H4 et de la transcription dépendante de NuA4. La création de mutations ponctuelles dans le domaine ± Plant HomeoDomain ¿ (PHD) et la région polybasique de la protéine provoque la perte d'interactions spécifiques avec la modification post-traductionnelle H3K4me3 et les phosphatidylinositol phosphates. L'étude fonctionnelle de ces mutants révèle une répercussion sur l'activité de NuA4 et la transcription. D'autre part, les sous-unités EaO, 5 et 7 existent majoritairement hors de NuA4 sous la forme d'un trimère. Des tests de sensibilité mettent en évidence une corrélation entre ce trimère et la transcription. De plus, le trimère serait présent à la région codante de gènes transcrits suggérant un rôle dans l'élongation transcriptionnelle.

Titre de l'écran-titre (visionné le 25 octobre 2023) / L'expression tumorale des enzymes UDP-glucuronosyltransférase (UGT) est associée à un pronostic défavorable dans plusieurs types de cancers. Un membre de cette famille, UGT2B17, est impliqué dans l'inactivation d'agents anticancéreux et de certains composés endogènes jouant un rôle dans le développement et la progression du cancer. L'expression élevée du gène UGT2B17 a été identifiée par notre groupe comme un marqueur indépendant de mauvais pronostic en leucémie lymphoïde chronique (LLC), associée à une survie réduite et à une moins bonne réponse au traitement. L'expression d'UGT2B17 au niveau des cellules B-LLC se caractérise par la présence de transcrits alternatifs n2, n3 et n4, dont la transcription est issue des promoteurs P2 et P3. En revanche, le transcrit canonique v1 est absent et prédomine dans d'autres tissus comme le foie, pour lequel la régulation de la transcription a été principalement étudiée. Mon projet a porté sur les mécanismes impliqués dans la régulation de l'expression d'UGT2B17 au niveau des cellules B-LLC, et visait à démontrer l'implication de facteurs de transcription préalablement identifiés et potentiellement impliqués dans l'expression des transcrits alternatifs. Mon hypothèse stipulait que l'expression d'UGT2B17 dans les lymphocytes B-LLC implique ces facteurs de transcription et sous-tend un programme transcriptionnel distinct du foie n'impliquant pas le transcrit canonique. Expérimentalement, les données présentées dans ce mémoire supportent l'implication de facteurs de transcription tels que STAT3, Nf-kB et IRF dans l'activité transcriptionnelle d'UGT2B17 dans les cellules B-LLC. Ces facteurs de transcription sont connus pour leur implication en LLC. Nous concluons que la régulation de la transcription de ce gène diffère de celle du foie. / Tumor expression of UDP-glucuronosyltransferase (UGT) enzymes is associated with poor prognosis in several cancers. A member of this family, UGT2B17, is involved in the inactivation of anticancer agents and certain endogenous compounds that play a role in the development and progression of cancer. High expression of the UGT2B17 gene has been identified by our group as an independent marker of poor prognosis in chronic lymphocytic leukemia (CLL), associated with reduced survival and poor response to treatment. The expression of UGT2B17 in B-CLL cells is characterized by the presence of alternative transcripts n2, n3 and n4, whose transcription comes from the P2 and P3 promoters. On the other hand, the canonical transcript v1 is absent and predominates in other tissues such as the liver, for which the regulation of transcription has been mainly studied. My project focused on the mechanisms involved in the regulation of UGT2B17 expression in B-CLL cells, and aimed to support the involvement of previously identified transcription factors potentially involved in the expression of alternative transcripts. My hypothesis was that expression of UGT2B17 in B-CLL cells involves these transcription factors and underlies a distinct transcriptional program than observed the liver, not involving the canonical transcript. The data presented in this thesis support the involvement of transcription factors such as STAT3, Nf-kB and IRF in the transcriptional activity of UGT2B17 in B-CLL cells. These transcription factors are known to be involved in CLL. We conclude that the regulation of transcription of this gene differs from that of the liver.

La famille des facteurs de transcription NFI comprend les isoformes NFI-A, -B, -C et -X, qui peuvent agir comme activateurs ou répresseurs de la transcription génique. Récemment, nous avons démontré le rôle répresseur de NFI dans la transcription du gène encodant la sous-unité α5 de l'intégrine α5βl. Dans cette étude, nous avons démontré que la suppression de certains isoformes du facteur de transcription NFI altère l'expression du gène α5 dans une lignée particulièrement agressive de mélanome uvéal humain (T97). Nous avons démontré que la diminution de l'expression de certains isoformes permet l'augmentation significative l'expression de l'intégrine α5β1 à la surface des cellules de la lignée T97. Nous avons également identifié quelques protéines qui intéragissent in vitro avec NFI et qui pourraient ainsi modifier ses propriétés modulatrices en regard du gène de α5β1.

La biogenèse ribosomale débute avec la transcription de l'ARN ribosomal (ARNr). La structure du nucléole, la formation des ribosomes et le recrutement des centaines de protéines et de Small Nucleolar Ribonucleic Acid (snoRNA) qui sont essentiels pour la biogenèse ribosomale dépendent de l'activité transcriptionnelle des gènes d’ARNr. Les génomes haploïdes murins et humains possèdent à peu près 200 copies de gènes d’ARNr présents sur le bras court de cinq chromosomes acrocentriques. Ces loci correspondent aux Nucleolar Organizer Regions (NORs) et restent en majorité hypocondensés par rapport au reste des chromosomes durant la mitose. Au commencement de chaque cycle cellulaire, les nucléoles se reforment autour des gènes d’ARNr actifs. Ces gènes d’ARNr sont transcrits par l'ARN polymérase I, ce qui nécessite la formation d'un complexe de pré-initiation de la transcription (Pre-Initiation Complex, PIC). À partir d'expériences in vitro, deux facteurs basaux pour l'ARN polymérase I ont été identifiés: Selectivity Factor 1 (SL1) et Upstream Binding Factor (UBF). Le complexe SL1 contient la protéine TATA-box Binding Protein (TBP) ainsi que plusieurs TBP-Associated Factor (TAF) qui permettent de reconnaître les séquences promotrices des gènes d’ARNr. Les données existantes à ce jour suggèrent qu'UBF est un facteur architectural qui permet la formation d'une structure nucléoprotéique, l'enhancesome, dans laquelle un dimère d'UBF forme une boucle d'ADN de 360° d'environ 140 paires de bases (pb) d'ADN, et de ce fait, aide à la formation du PIC. UBF a également été impliqué dans la régulation de l'élongation de la transcription. Cependant, il n'a pas encore été déterminé si UBF accomplit ces deux fonctions in vivo et si UBF est essentiel pour la transcription des gènes d'ARNr. Pour résoudre cette question fondamentale, nous avons généré des souris ainsi que des cellules murines qui portent une mutation conditionnelle du gène Ubf. L'inactivation du gène Ubf a entraîné un arrêt développemental au stade morula, ceci révélant l'importance du facteur pour la prolifération des cellules et pour le développement embryonnaire. L'inactivation conditionnelle du gène Ubf en culture cellulaire a mené à l'arrêt de la transcription ribosomale, à l'absence de formation du complexe PIC sur les gènes d’ARNr, à la mise en état inactif des gènes d’ARNr sans méthylation de l'ADN, à l'altération de la structure nucléolaire et à la formation d'une structure nucléaire qui contient les facteurs de l'initiation de la transcription et de la maturation des ARNr mais qui est dépourvue des NORs. L'inactivation conditionnelle d'Ubf dans les cellules a conduit à un arrêt de la prolifération cellulaire et à l'apoptose des cellules de manière indépendante p53, et ceci exclusivement dans les cellules transformées de manière oncogénique. Ces résultats suggèrent qu'UBF constituerait une cible de choix pour la chimiothérapie. / Ribosomal biogenesis starts with transcription of ribosomal RNA (rRNA). Nucleolus structure, ribosomes formation and recruitment of hundreds of proteins and snoRNAs Small Nucleolar Ribonucleic Acid essential for ribosomal biogenesis depend on transcription of rRNA. Human and mouse haploid genomes contain around 200 copies of rDNA genes on the short arms of five acrocentric chromosomes. These loci correspond to the NORs Nucleolar Organizer Regions and stay undercondensed during mitosis as compared with the rest of the chromosomes. At the beginning of each cell cycle, nucleoli are reformed around rDNA genes. rDNA genes are transcribed by RNA polymerase I, which requires the formation of the PIC. Two RNA polymerase I basal transcription factors were identified; SL1 Selectivity Factor 1 and UBF Upstream Binding Factor. The SL1 complex contains the TBP TATA-box Binding Protein protein and the TAF TBP-Associated Factor allowing the promoter sequences recognition on rDNA genes. Data suggest that UBF is an architectural factor that allows the formation of a nucleoproteic structure, the enhancesome, in which a UBF dimer forms a DNA loop of 360° of almost 140 bp of DNA and in this way aids PIC formation. However, UBF has also been implicated in the regulation of transcription elongation. But whether or not UBF actually performs either of these functions in vivo, or indeed is even essential for the transcription of the rRNA genes at all is still unknown. To resolve this fundamental question we have generated mice and mouse cells conditionally lacking the single copy Ubf gene. Inactivation of the Ubf gene in mouse leads to developmental arrest at morula stage, this revealing the factor's importance for cell proliferation and embryonic development. Conditional inactivation of Ubf gene in cell culture leads to shut-down of ribosomal transcription, to failure of PIC formation loss on rDNA genes, to a DNA methylation-independent inactivation of rDNA genes, to nucleolus structure alteration and to the formation of a sub-nuclear structure containing the initiation of transcription and the processing factors lacking the NORs. Conditional inactivation of Ubf gene in cells leads to a proliferation cell arrest and to a p53-independent apoptosis exclusively in oncogenically transformed cells, suggesting that UBF could represent a unique target for chemotherapy.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2010-2011 / La spécificité de la reconnaissance moléculaire démontrée par l'ADN est sans parallèle dans le domaine des polymères synthétiques. Notre projet propose une nouvelle méthode pour transcrire de l'information génétique d'un brin d'ADN dans un polymère synthétique. Grâce à la reconnaissance moléculaire entre les paires de bases complémentaires (A-T, G-C), nous visons l'assemblage de monomères dans l'ordre précis dicté par la séquence de l'ADN. La polymérisation subséquente des monomères figera cette séquence dans un nouveau polymère synthétique appelé ADN-mimétique. Deux stratégies pour la préparation de polymères ADN-mimétiques seront exposées. La première vise tout d'abord à déposer l'ADN de façon contrôlée sur un substrat solide. Cette approche implique la formation d'un complexe électrostatique entre l'ADN et un surfactant cationique à l'interface air-eau. L'interaction du surfactant avec l'ADN a été démontrée par la balance de Langmuir et la microscopie à l'angle de Brewster. De plus, la distribution des composants, l'orientation et la composition chimique des films transférés sur un support solide ont été déterminées par des techniques de microscopie, de spectroscopie infrarouge et d'analyse de surface. La seconde approche devant mener aussi à la formation d'un polymère d'ADN mimétique implique l'assemblage de monomères à l'interface air-eau sur un simple brin d'ADN dissous dans la phase aqueuse. Plusieurs monomères portant des bases azotées ont été synthétisés par nos collaborateurs (équipe d'Hanadi Sleiman, Université McGill). L'interaction entre ces molécules et l'ADN à l'interface air-eau a été étudiée avec une balance de Langmuir et par microscopie à l'angle de Brewster. La première génération de monomères étudiés ne forme malheureusement pas de film de Langmuir, et cela malgré la modification de plusieurs paramètres expérimentaux. Ces premiers résultats ont mené à la conception d'une seconde génération de molécules qui, dans ce cas, forment des monocouches stables à l'interface. Certaines indications obtenues par spectroscopie infrarouge laissent croire à une hybridation entre ces molécules et l'ADN. Enfin, une troisième génération de monomères formant des films de Langmuir a également été étudiée à l'interface air-eau et aussi sur des substrats solides. Nos travaux démontrent qu'il y a appariement de bases entre ces monomères et des acides nucléiques.

Les facteurs de transcription GATA tirent leur nom de leur capacité à se lier à la séquence consensus WGATAR sur les promoteurs de leur gènes cibles. Le facteur GATA4, joue un rôle décisif dans le développement de multiples organes comme le cœur, le tractus digestif, et les gonades. Malgré son rôle central au cours du développement, le mécanisme d'action de GATA4 et son mode de régulation dans différents tissus, et plus particulièrement les gonades, reste mal compris. Le principal objectif du travail rapporté dans cette thèse a été de mieux caractériser comment GATA4 acquiert sa spécificité d'action pour réguler ses gènes cibles gonadiques. Un de ces mécanismes est la coopération avec différents partenaires transcriptionnels. Le facteur WT1 a été identifié comme un nouveau partenaire pour GATA4 dans la régulation de l'expression de SRY et de MIS/AMH, deux gènes fondamentaux de la détermination et la différenciation du sexe. Le récepteur nucléaire LRH-1/NR5A2 a lui aussi été identifié comme partenaire de GATA4 dans la régulation du gène HSD3B2 humain codant pour une enzyme cruciale de la stéroïdogenèse. Un mode de régulation alternatif est la modification post-traductionelle du facteur GATA4 lui-même, le processus le plus étudié étant la phosphorylation. Dans les cellules gonadiques, GATA4 est sujet à la phosphorylation par la protéine kinase A. Toutefois, GATA4 est aussi une cible pour la MAP kinase sur une série distincte de résidus serine. Ainsi, la phosphorylation sélective de GATA4 en réponse à différents stimuli et impliquant différentes voies de signalisation apparaît comme un mécanisme clé de la régulation de l'activité de GATA4 dans les cellules gonadiques. Enfin, l'interruption des interactions entre GATA4 et ses partenaires transcriptionnels est liée à des maladies chez l'homme. En effet, une mutation du gène GATA4 humain (hG296S) empêche son interaction avec TBX5, ce qui est à l'origine de défauts cardiaques congénitaux. Contrairement au cœur, la mutation ne semble pas avoir d'effet sur la capacité de GATA4 à coopérer avec ses partenaires transcriptionels gonadiques. Ainsi, bien que préjudiciable à la fonction cardiaque, cette mutation n'est pas supposée à provoquer des effets sur la reproduction chez l'homme. / The GATA family of transcription factors is named for the consensus nucleotide sequence (WGATAR) that they bind in the promoter region of target genes. One member of this family, GATA4, plays a prominent role in the development of multiple ventrally-located organs such as the heart, digestive tract, and gonads. Despite this pivotal developmental role, the mechanism of action of GATA4 and its regulation in different tissues, especially the gonads, remains poorly understood. The main objective of the work presented in this thesis was to better understand how GATA4 acquires its specificity of action to regulate gonadal target genes. One mechanism is through cooperative interactions with different transcriptional partners. WT1 was identified as a novel partner for GATA4 in the regulation of sex-determining region Y (SRY) and Mullerian inhibiting substance (MIS/AMH), two critical genes involved in the mammalian sex determination and differentiation pathway. The nuclear receptor LRH-1/NR5A2 was also identified as a new transcriptional partner for GATA4 in the regulation of the human 3(3- hydroxysteroid dehydrogenase type 2 gene (HSD3B2) involved in steroidogenesis. An alternate mechanism for regulating GATA4 activity is via post-translational modifications of the factor itself. The most studied has been the role of phosphorylation. In gonadal cells, GATA4 is a target for phosphorylation by protein kinase A (PKA). GATA4, however, was also found to be a target for MAP kinasemediated phosphorylation on a distinct set of serine residues. Thus, selective phosphorylation of GATA4 in response to different stimuli and involving different signaling pathways appears to be a key mechanism for regulating GATA4 activity within gonadal cells. Finally, disruption of cooperative interactions between GATA4 and its transcriptional partners has also been linked to human disease. Indeed, a human GATA4 mutation (hG296S) has been reported to abrogate its interaction with TBX5, resulting in congenital heart defects. Unlike the heart, the mutation was found to have no effect on the ability of GATA4 to cooperate with its major gonadal transcriptional partners. Thus, although detrimental to heart function, the hG296S mutation would not be expected to cause human reproductive defects.

Au centre du ribosome, lui-même centre de synthèse de toutes les protéines, se trouve quatre molécules d’ARN, nommées les ARNs ribosomiques. Ces ARNs sont synthétisés dans le nucléole des cellules eucaryotes à partir des gènes répétés en tandem, les gènes d’ARN ribosomiques. Ces gènes nécessitent une régulation très stricte de la transcription des ARN ribosomiques pour permettre un cycle cellulaire contrôlé et surtout contrôlable. En effet, un débalancement de la transcription des ARN ribosomiques a été observée dans de nombreuses maladies comme par exemple le cancer. En conséquence, l’étude de la régulation de la synthèse des ARN ribosomiques est d’une importance cruciale dans la compréhension et subséquemment le traitement de ces maladies. En raison du nombre de répétitions des gènes d’ARN ribosomiques, souvent évaluées aux alentours de 175 par génome haploïde pour les mammifères, l’étude in vivo de leur régulation est difficile par les techniques de mutagénèse. L’approche que j’ai développée durant cette thèse de doctorat est celle de l’immuno-précipitation de chromatine suivie de séquençage à haut débit (ChIP-Seq) en combinaison avec des lignées cellulaires conditionnelles pour des facteurs essentiels de la transcription ribosomique. Les gènes d’ARN ribosomique possèdent la particularité d’être transcrits grâce à une machinerie entièrement dédiée à sa transcription. Ces facteurs généraux de transcription agissent de concert pour effectuer efficacement leur rôle. Dans l’organisme modèle utilisé ici, à savoir Mus musculus, l’ARN polymérase I transcrit ces gènes avec l’aide, lors de l’initiation, des facteurs UBF, Rrn3/TIF-1A et SL-1/TIF-1B. Le facteur de terminaison TTF-1 permet de terminer la transcription de l’ARN précurseur, et joue plusieurs rôles dans la régulation de l’état des gènes. Dans un premier temps, nous avons été amenés à développer, en complément du séquençage à haut débit, une approche de déconvolution des données pour permettre d’améliorer l’interprétation subséquente. Cette approche a été validée par l’amélioration notamment des profils d’immuno-précipitation de chromatine obtenus avec l’ARN polymérase I qui montrent une distribution homogène le long des gènes d’ARNr comme montrée par la technique de Miller Spread. Cette amélioration des données a également pu mettre en avant un double rôle d’UBF en fonction soit de sa complémentarité avec SL-1 soit de son affinité pour les séquences riches en GC de l’ADN. Par la suite nous avons pu mettre en évidence la localisation des régions régulatrices et, en amont de ces régions, d’une barrière nucléosomique permettant de créer et maintenir une zone sans nucléosomes le long des gènes d’ARN ribosomiques. Cette barrière possède deux particularités. La première est d’être identifiée par les marques épigénétiques associées habituellement à l’activation de la transcription comme H3K4me3, H2A.Z ou encore l’acétylation de H2A.Z. La deuxième particularité est d’être indépendante de la présence d’UBF qui est elle-même indépendante de la transcription. Cependant, ce travail n’a pas détecté la présence des marques épigénétiques de l’activation de la transcription le long des gènes d’ARNr remettant en question certaines hypothèses sur la régulation de la transcription ribosomique. Finalement, les études en parallèle dans les cellules souche embryonnaires (mESC) et fibroblastes embryonnaires (MEF) a permis d’identifier 3 catégories de gènes ribosomiques dans une même cellule. Une première forme nucléosomale ou l’ADN est méthylé et hétérochromatique, une deuxième nucléosomale mais non méthylée et finalement une forme transcrite. Une comparaison quantitative de la synthèse d'ARNr dans les mESCs et les MEFs a montré que le nombre de gènes actifs n'est pas un facteur significatif dans la régulation de la synthèse d’ARNr. Dans des cellules souches embryonnaires, tous les gènes sont transcrits en même temps avec une faible efficacité. Dans des cellules différenciées, une faible portion des gènes est transcrite mais très efficacement, cette efficacité étant relié au nombre de polymérase en cours de transcription. Les différents profils d'interaction de Rrn3 et de PolI près du site d'initiation de la transcription suggèrent que cette différence est due à une régulation de l'initiation / At the heart of the ribosome, itself the center of synthesis of all proteins, are four RNA molecules, called ribosomal RNAs. These RNAs are synthesized in the nucleolus of eukaryotic cells from the tandemly repeated genes, the ribosomal RNA genes. A very strict regulation of the transcription of ribosomal RNA needs to be made to allow a controlled and above all a controllable cell cycle. Indeed, the imbalance of ribosomal RNA synthesis has been observed in many diseases such as cancer. Consequently, the study of transcriptional regulation of ribosomal RNAs is of crucial importance in the understanding and subsequent treatment of these diseases. Due to the number of repeats of ribosomal RNA genes, evaluated at around 175 per haploid genome for mammals, the in vivo study of their regulation by mutagenesis techniques is difficult. The approach I developed during this doctoral thesis is that of chromatin immunoprecipitation followed by high throughput sequencing (ChIP-Seq) applied to cell lines conditional for the basal transcription factors. The ribosomal RNA genes have the particularity of being transcribed thanks to an entirely dedicated transcriptional machinery. In mice, these general transcription factors act in concert to perform their role effectively. In the model organism used here, namely Mus musculus, RNA polymerase I transcribes the genes with the help, during initiation, of the factors UBF, Rrn3 / TIF-1A and SL-1 / TIF-1B. The TTF-1 termination factor makes it possible to terminate transcription of precursor ribosomal RNA, and also plays roles in gene regulation. In addition to high-throughput sequencing, we have developed a deconvolution approach to improve the interpretation of ChIP-Seq data. This approach has been validated by the improvement in particular of immunoprecipitation profiles obtained for RNA polymerase I that confirm the electron microscopy images of Miller spread type. This improvement of the data could also highlight a dual role of UBF depending on its complementarity with SL-1 and its affinity for GC-rich sequences of DNA. Subsequently we have been able to highlight the upstream localization of the regulatory regions and of a nucleosome barrier allowing to create and maintain a zone without nucleosomes along the rRNA genes. This barrier has two peculiarities, the first is that it contains the epigenetic marks usually associated with the activation of transcription such as H3K4me3, H2A.Z or the acetylation of H2A.Z. The second particularity is that it is independent of the presence of UBF, which is itself independent of transcription. Challenging certain assumptions about the regulation of ribosomal transcription, our work did not detect the presence of epigenetic markers of transcriptional activation throughout the rRNA gene body. Finally, parallel studies in embryonic stem cells (ESC) and embryonic fibroblasts (MEFs) made it possible to identify 3 categories of ribosomal genes in the same cell. First, a heterochromatic DNA methylated and nucleosomal form, a nucleosomal but non-DNA methylated form, and finally a transcribed form. A quantitative comparison of rRNA synthesis in ESCs and MEFs has shown that the number of active genes is not a significant factor in the regulation of rRNA synthesis. In embryonic cells, all genes are transcribed at the same time with low efficiency. In differentiated cells, a small portion of the genes are transcribed but very efficiently, this efficiency being related to the number of polymerase being transcribed. The different interaction profiles of Rrn3 and PolI near the transcription initiation site suggest that this difference is due to the regulation of initiation.