Le mélanome est un cancer de la peau très agressif. Microphthalmia-associated transcription factor (MITF) est un facteur de transcription clé contrôlant le développement de la lignée mélanocytaire, ainsi que la prolifération et l’invasion des cellules de mélanome. Pour mieux comprendre les fonctions de MITF, nous avons identifié ses cofacteurs impliques dans la régulation de la transcription. Nous avons montré que le complexe de remodelage de la chromatine NURF interagit avec MITF. Ma thèse a consisté à élucider le rôle de NURF dans le mélanome et les mélanocytes. La perte de BPTF, la principale sous-unité de ce complexe, induit un arrêt de la prolifération et une entrée en senescence des cellules de mélanome. Nous avons montré que BPTF et MITF coopèrent pour réguler l’expression de gènes impliqués dans la prolifération and invasion suggérant que BPTF et un cofacteur de MITF. De façon inattendue, l’inactivation de BPTF spécifiquement dans les mélanocytes entraine la perte progressive et totale de la pigmentation du pelage en raison de l’incapacité des cellules souches mélanocytaire à produire une descendance fonctionnelle. C’est la première fois que l’interaction fonctionnelle entre NURF et MITF est démontrée in vitro, complétée par des observations phénotypique uniques in vivo, contribuant à la compréhension de la biologie des mélanocytes et du mélanome. / Melanoma is a highly aggressive form of skin cancer. Microphthalmia-associated transcription factor (MITF) isa key regulator of development of the melanocyte lineage and proliferation and invasion of melanoma cells.To further elucidate the functions of MITF, we identified factors co-regulating transcription with MITF. We identified the NURF chromatin-remodeling complex as MITF interactor. My thesis aims to elucidate the role of NURF in melanoma and melanocytes. Loss of BPTF, the principal subunit of the complex, led to arrest of proliferation and entry into senescence of melanoma lines. We showed BPTF and MITF co-regulate genes involved in proliferation and invasion suggesting that BPTF acts as cofactor for MITF. Remarkably, the mouse model of melanocyte-specific BPTF ablation led to progressive and complete loss of coat pigmentation due to the inability of the melanocyte stem cells to produce functional progeny. This is the first report of NURF-MITF functional interaction in vitro, complemented with a unique in vivo phenotype, both adding to a general understanding of melanocyte and melanoma biology.

Le virus de l'hépatite Delta (HDV) est un agent infectieux transmissible satellite du virus de l'hépatite B (HBV), induisant des maladies du foie plus sévères que la mono–infection par le HBV. Aucun traitement totalement efficace n'est disponible contre l'HDV et les 15 millions de personnes infectées par le HDV dans le monde sont exposées a un risque élevé de cirrhose et de carcinome hépatocellulaire. HDV est un virus unique qui ne code pas pour une polymérase virale contrairement aux autres virus a ARN. La réplication de l'ARN HDV s'effectue par un double mécanisme de cercle roulant générant des brins d'ARN de longueur génomique ou antigénomiques unitaires. La synthèse de l'ARN génomique est sensible à de faibles concentrations d'alpha–amanitine, ce qui suggère qu'elle soit médiée par l'ARN polymérase II (ARN Pol II) classiquement ADN dépendante. Ce processus repose sur la petite protéine du HDV (S–HDAg), qui doit être acétylée sur l'acide amine K72 pour activer la synthèse de l'ARN génomique. Nous avons récemment identifié la protéine BAZ2B (Bromodomain Associated Zinc finger protein 2B) comme un interactant majeur de S–HDAg par capture par affinité, couplée à la spectrométrie de masse à partir de l'expression de S– HDAg étiqueté par un double motif Strep–TagR dans les cellules HepaRG différentiées. La fonction biologique de BAZ2B est inconnue. Cependant, en comparant avec des protéines apparentées BAZ (BAZ–1A/1B/2A), on postule que BAZ2B représente la sous–unité accessoire d'un nouveau complexe de remodelage de chromatine de type ISWI, qui régule le positionnement des nucléosomes par hydrolyse de l'ATP. Des études récentes ont révélé que le bromodomaine de BAZ2B (BRD) reconnait la signature épigénétique spécifique K14ac–X–X–R sur l'histone H3. Cela pourrait impliquer le mode d'action du complexe de remodelage de la chromatine dont BAZ2B représente l'unité régulatrice reconnaissant des marques spécifiques d'acétylation des histones propagées séquentiellement modifiant la dynamique de la chromatine et favorisant le recrutement de l'ARN Pol II pour activer la transcription. Nous émettons l'hypothèse que l'acétylation, médiée par p300, du motif K72–X–X–R conserve dans les S–HDAg interagissant avec l'ARN antigénomique pseudo double brin, mimerait l'acétylation des histone H3 en K14 permettant de recruter le complexe de remodelage de la chromatine BAZ2B associée et de lancer la réplication HDV. Brièvement, pour confirmer la pertinence fonctionnelle du recrutement BAZ2B pour la réplication HDV, nous avons transfecté des lignées cellulaire Huh–7 exprimant de façon stable, soit la protéine sauvage S–HDAg ou le mutant R75A pour étudier la réplication HDV à partir plasmide pSVLD2m défectif pour l'expression de S–HDAg. Nos résultats indiquent que la synthèse de l'ARN génomique est fortement réduite dans les cellules exprimant le mutant R75A S–HDAg par rapport aux cellules exprimant le type sauvage S–HDAg, alors que la quantité d'ARN antigénomique est restée le même dans les deux cas. Des expériences de co–cristallisation et de siRNA sont actuellement menées afin de mieux caractériser au niveau moléculaire l'association entre BAZ2B BRD et des peptides dérivés de la séquence de S–HDAg et d'étudier les conséquences de l'inhibition par siRNA de BAZ2B. L'implication des BAZ2B dans la réplication de HDV pourra ouvrir des possibilités de développement de médicaments anti–HDV, basées sur l'optimisation des inhibiteurs émergents de BAZ2B–BRD / Hepatitis Delta Virus (HDV) is a satellite of Hepatitis B Virus (HBV), leading to more severe life threatening liver diseases than HBV mono–infection. No efficient therapy is available against HDV and the estimated 15 million HDV infected individuals worldwide are at a high risk of cirrhosis and hepatocellular carcinoma. HDV is a unique RNA virus as it does not encode a viral polymerase. HDV RNA replication occurs via a double rolling circle mechanism generating unit–length genomic or antigenomic RNA strands. The synthesis of the genomic RNA is sensitive to low concentrations of α–amanitin, suggesting that the RNA–dependent RNA synthesis is mediated by DNA–dependent RNA polymerase II (RNA Pol II). This process relies on the HDV encoded Small Hepatitis Delta antigen (S–HDAg), which must be acetylated at K72 to activate the synthesis of the genomic RNA. We recently identified BAZ2B (Bromodomain Associated to Zinc finger protein 2B) as a major interactant of S–HDAg by affinity capture coupled to mass spectrometry in differentiated HepaRG cells. The biological function of BAZ2B is however unknown. In comparison with related BAZ proteins (BAZ–1A/1B/2A), it is postulated that BAZ2B is the accessory subunit of a new chromatin remodeling complex of ISWI–type, which regulates nucleosome positioning through ATP hydrolysis. Recent studies revealed that the BAZ2B bromodomain (BRD) recognizes the distinct epigenetic signature K14ac–X–X–R on histone H3. This suggests that the mode of action of BAZ2B associated chromatin remodeling complex involves recognizing propagated specific histone acetylation marks to subsequently alter the chromatin dynamic and recruit the RNA Pol II for transcriptional activation. We hypothesized that the p300–mediated acetylation of the conserved K72–X–X–R motif in S–HDAg mimics acetylated histones on the pseudo–double stranded antigenomic RNA, to recruit the BAZ2B associated chromatin remodeling complex to initiate RNA Pol II mediated synthesis of HDV genome. To confirm the functional relevance of BAZ2B recruitment for HDV replication, we transfected Huh 7 cells stably expressing either wild–type S–HDAg or R75A mutant S–HDAg with the HDV replication defective plasmid pSVLD2m. Our results indicate that the synthesis of genomic RNA was greatly reduced in cells expressing the R75A mutant S–HDAg in comparison to cells expressing wild–type S–HDAg, whereas the amount of antigenomic RNA remained the same in both cases. Co–crystallization experiments are currently being carried out to better characterize at the molecular level the association between BAZ2B BRD and S–HDAg derived peptides. Furthermore, siRNA experiments directed against the BAZ2B gene are expected to reveal the consequences of BAZ2B inhibition on HDV viral replication. The involvement of BAZ2B in HDV replication may open anti–HDV drug development opportunities, based on the optimization of emerging BAZ2B–BRD inhibitors

Les cellules souches embryonnaires (cellules ES) constituent un excellent système modèle pour étudier les mécanismes épigénétiques contrôlant la transcription du génome mammifère. Un nombre important de membres de la famille des facteurs de remodelage de chromatine ATP-dépendants ont une fonction essentielle pour l’auto-renouvellement des cellules ES, ou au cours de la différentiation. On pense que ces facteurs exercent ces rôles essentiels en régulant l’accessibilité de la chromatine au niveau des éléments régulateurs de la transcription, en modulant la stabilité et le positionnement des nucléosome.Dans ce projet, nous avons conduit une étude génomique à grande échelle du rôle d’une dizaine des remodeleurs (Chd1, Chd2, Chd4, Chd6, Chd8, Chd9, Ep400, Brg1, Smarca3, Smarcad1, Smarca5, ATRX et Chd1l) dans les cellules ES. Une double stratégie expérimentale a été utilisée : Des expériences d’immunoprécipitation de la chromatine suivi par un séquençage à haute-débit (ChIP-seq) sur des cellules ES étiquetées pour les différents remodeleurs, pour étudier leur distribution sur le génome, et un approche transcriptomique sur des cellules déplétées de chaque remodeleur par traitement avec des vecteurs shRNA (knockdown). Nous avons établi les profils de liaison des remodeleurs sur des éléments régulateurs (promoteurs, enhancers et sites CTCF) sur le génome, et montré que ces facteurs occupent toutes les catégories d’éléments régulateurs du génome. La corrélation entre les données ChIP-seq et les données transcriptomiques nous a permis d’analyser le rôle des remodeleurs dans les réseaux de transcription essentiels des cellules ES. Nous avons notamment démontré l’importance particulière de certains remodeleurs comme Brg1, Chd4, Ep400 et Smarcad1 dans la régulation de la transcription chez les cellules ES. / The characteristics of embryonic stem cells (ES cells) make them one of the best models to study the epigenetic regulation exerted by different actors in order to control the transcription of the mammalian genome. Members of the Snf2 family of ATP-dependent chromatin remodeling factors were shown to be of specific importance for ES cell self-renewal and during differentiation. These factors are believed to play essential roles in modifying the chromatin landscape through their capacity to position nucleosomes and determine their occupancy throughout the genome, making the chromatin more or less accessible to DNA binding factors.In this project, a genome-wide analysis of the function of a number of ATP-dependent chromatin remodelers (Chd1, Chd2, Chd4, Chd6, Chd8, Chd9, Brg1, Ep400, ATRX, Smarca3, Smarca5, Smarcad1 and Alc1) in mouse embryonic stem (ES) cells was conducted. This was done using a double experimental strategy. First, a ChIP-seq (Chromatin Immunoprecipitation followed by deep sequencing) strategy was done on ES cells tagged for each factor in the goal of revealing the genomic binding profiles of the remodeling factors. Second, loss-of-function studies followed by transcriptome analysis in ES cells were performed in order to understand the functional role of remodelers. Data from both studies were correlated to acquire a better understanding of the role of remodelers in the transcriptional network of ES cells. Specific binding profiles of remodelers on promoters, enhancers and CTCF binding sites were revealed by our study. Transcriptomic data analysis of the deregulated genes upon remodeler factor knockdown, revealed the essential role of Chd4, Ep400, Smarcad1 and Brg1 in the control of transcription of ES cell genes. Altogether, our data highlight how the distinct chromatin remodeling factors cooperate to control the ES cell state.

Cellular and tissue characteristics are results of dynamic regulation of gene expression. DNA wrapped into proteins, referred to as chromatin, requires involvement of mechanisms guiding accessibility of specific sequences. In higher organisms, chromatin remodeling proteins are indispensable in regulating chromatin structure including ISWI ATPase SMARCA5. SMARCA5 is involved in almost any transaction on DNA including transcription, however precise in vivo role of SMARCA5 in these processes remains unknown. To advance understanding of specific role of SMARCA5 in the development of chromatin structure during transcription we devised cellular model in which SMARAC5 level is manipulated while chromatin structure development and transcriptional response are monitored. Our data indicate that the transfected DNA template that is transcribed is enriched with histone H3 and its specific methylation of Histone H3 lysine (K) 4, a mark of active chromatin structure. Overexpression of SMARCA5 results within the reporter gene coding sequence in ~2,5-3 fold increase of both H3 occupancy an its modification H3K4Me3. Increased DNA template commitment into chromatinization is associated with repression of reporter gene expression. These results are supported by studies indicating dynamic development of nucleosomal...

京都大学 / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(医学) / 甲第19401号 / 医博第4052号 / 新制||医||1012(附属図書館) / 32426 / 京都大学大学院医学研究科医学専攻 / (主査)教授 髙田 穣, 教授 平岡 眞寛, 教授 松本 智裕 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Medical Science / Kyoto University / DFAM

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<p dir="ltr">Epigenetics involves the study of mechanisms that influence gene expression. These mechanisms are heritable and dynamic, and despite altering gene transcriptional activity, they do not change the underlying DNA sequence. While epigenetic mechanisms govern gene expression throughout the lifetime of an organism, the dynamic nature and precision of the transcriptional control afforded by processes such as histone modifications and chromatin architecture remodeling are exemplified in early mammalian development. Perhaps unsurprisingly, perturbations to the epigenetic status of a cell can alter its function, and widespread epigenome disruptions due to changes in the developmental environment can compromise the growth, and even viability, of an embryo or fetus. By studying epigenetic mechanisms and the patterns they impart, we can better understand not only how developmental progression is regulated during embryonic development and beyond, but also what the consequences of aberrant epigenetic disturbances may be to developing organisms.</p><p><br></p><p dir="ltr">Many gaps remain in our knowledge concerning epigenetic mechanisms in domestic livestock species, particularly regarding early development. Pigs represent a compelling model organism for study in this area, as they are increasingly being used as a biomedical model for human-oriented research due to their physiological similarities to humans, and they remain a staple meat species in many parts of the world. Chapter 2 investigates the presence and transcriptional dynamics of the SWI/SNF chromatin remodeling complex GBAF in porcine trophectoderm (PTr2) and fetal fibroblast (PFF) cells. These cell lines represent two discrete developmental stages during early swine development, with the PTr2 cells originally obtained from the trophectoderm of a gestation day 12 elongating porcine conceptus, and the fetal fibroblast cells were collected from a fetus on day 40 of gestation. Using immunocytochemistry and Western blotting techniques, GBAF was identified in both cell lines. Further, co-immunoprecipitation of GBAF constituent subunits and other BAF family subcomplex subunits revealed a previously undescribed interaction between the GBAF subunit GLTSCR1 and the BAF subunit BAF170, the latter of which has not been shown to be present in human and mouse GBAF. This may suggest a species-specific GBAF composition in swine. Analysis of RNA-seq data from porcine embryos, PTr2 cells, and PFF cells showed that while transcription of GBAF-specific subunits BRD9 and GLTSCR1 was detectable, expression levels were lower compared to other BAF family subunits. Taken together these results suggest that, while GBAF is detectable in swine early development contexts, it may have a comparatively minor contribution as an epigenetic mechanism during the represented developmental timepoints.</p><p><br></p><p dir="ltr">Details in the literature about the epigenetic landscape and the resulting chromatin state during porcine early development are also limited at present. Chapter 3 involves the global epigenetic profiling of the histone marks H3K4me3, H3K27ac, and H3K27me3 and the SWI/SNF central ATPase BRG1 in PTr2 and PFF cells using CUT&RUN. The enrichment patterns observed for these features were consistent with known patterns described in the literature. H3K4me3 was primarily enriched in gene promoter regions, and H3K27ac showed enrichment in both promoter regions and distal intergenic regions, some of which are likely active enhancers. H3K27me3 showed broad genomic localization and was detected at genes known to be transcriptionally inactive in these cell types, as well as in distal intergenic regions. BRG1 showed some co-enrichment with H3K4me3 and H3K27ac in promoter regions, as well as several instances of H3K27ac co-enrichment at intergenic sites. The sequencing files were used to build a chromatin state prediction model for 10 states in each cell line, ranging from TSS to repressed genomic regions. Additionally, the transcriptomes of PTr2 and PFF cells were compared to those of human cells taken from comparable gestational time points to determine if these swine cell lines could potentially serve as translational <i>in vitro</i> models. PTr2 cells and human trophectoderm (TE) cells were relatively dissimilar in their cell-type specific gene identities (~24% overlap) and corresponding transcriptional levels, but the porcine and human fibroblast cells shared around 50% of the same cell type-specific genes, and expression levels were broadly similar among them. Altogether, these findings provide foundational epigenetic landscape information for PTr2 and PFF cells and potential insights regarding similarities and differences in cell identity between human and pig trophectoderm and fetal fibroblast cells.</p><p><br></p><p dir="ltr">The placenta is a transient organ that provides essential support to the developing fetus in the form of nutrient and gas exchange. Despite its significance in facilitating fetal development, our understanding of how the placenta is affected by its environment is greatly limited, and only a handful of studies exploring the placental epigenome in swine exist to date. To address these gaps, and building upon the epigenetic profiling methods developed in Chapter 3, Chapter 4 investigated whether, and to what extent, the placental epigenome changes in response to fetal endocrine perturbations. Placental tissue was collected at day 86 of gestation from untreated pregnant gilts and pregnant gilts treated for 21 days with methimazole (MMI) to induce fetal hypothyroidism. CUT&RUN was used to evaluate the enrichment of H3K4me3, H3K27ac, and BRG1 in placental tissue derived from n=6 male and female fetuses in each treatment group (n=12 samples per group). Differential enrichment of all three epigenetic features was seen in placental tissues obtained from MMI-treated fetuses, and, notably, existing sex-specific differences in placental epigenetic features were exacerbated by MMI-induced fetal hypothyroidism. This may suggest that the porcine placenta may be impacted by fetal endocrine status during late gestation. Together, these findings show that sex-specific differences in placental chromatin state exist and that a fetal hypothyroid state is sufficient to perturb the placental epigenome, ultimately providing novel insights into the intricate interplay between fetal endocrine status and regulation of the placental epigenome.</p>

Résumé : La phase haploïde de la spermatogenèse (spermiogenèse) est caractérisée par une modification importante de la structure de la chromatine et un changement de la topologie de l’ADN du spermatide. Les mécanismes par lesquels ce changement se produit ainsi que les protéines impliquées ne sont pas encore complètement élucidés. Mes travaux ont permis d’établir la présence de cassures bicaténaires transitoires pendant ce remodelage par l’essai des comètes et l’électrophorèse en champ pulsé. En procédant à des immunofluorescences sur coupes de tissus et en utilisant un extrait nucléaire hautement actif, la présence de topoisomérases ainsi que de marqueurs de systèmes de réparation a été confirmée. Les protéines de réparation identifiées font partie de systèmes sujets à l’erreur, donc cette refonte structurale de la chromatine pourrait être génétiquement instable et expliquer le biais paternel observé pour les mutations de novo dans de récentes études impliquant des criblages à haut débit. Une technique permettant l’immunocapture spécifique des cassures bicaténaires a été développée et appliquée sur des spermatides murins représentant différentes étapes de différenciation. Les résultats de séquençage à haut débit ont montré que les cassures bicaténaires (hotspots) de la spermiogenèse se produisent en majorité dans l’ADN intergénique, notamment dans les séquences LINE1, l’ADN satellite et les répétions simples. Les hotspots contiennent aussi des motifs de liaisons des protéines des familles FOX et PRDM, dont les fonctions sont entre autres de lier et remodeler localement la chromatine condensée. Aussi, le motif de liaison de la protéine BRCA1 se trouve enrichi dans les hotspots de cassures bicaténaires. Celle-ci agit entre autres dans la réparation de l’ADN par jonction terminale non-homologue (NHEJ) et dans la réparation des adduits ADN-topoisomérase. De façon remarquable, le motif de reconnaissance de la protéine SPO11, impliquée dans la formation des cassures méiotiques, a été enrichi dans les hotspots, ce qui suggère que la machinerie méiotique serait aussi utilisée pendant la spermiogenèse pour la formation des cassures. Enfin, bien que les hotspots se localisent plutôt dans les séquences intergéniques, les gènes ciblés sont impliqués dans le développement du cerveau et des neurones. Ces résultats sont en accord avec l’origine majoritairement paternelle observée des mutations de novo associées aux troubles du spectre de l’autisme et de la schizophrénie et leur augmentation avec l’âge du père. Puisque les processus du remodelage de la chromatine des spermatides sont conservés dans l’évolution, ces résultats suggèrent que le remodelage de la chromatine de la spermiogenèse représente un mécanisme additionnel contribuant à la formation de mutations de novo, expliquant le biais paternel observé pour certains types de mutations. / Abstract : Germline mutations may arise from several endogenous and exogenous mechanisms in both male and female. However, recent next-generation sequencing (NGS) data confirmed that de novo mutations arise primarily in males. This observation suggests that specific spermatogenesis events are involved in the male mutation bias. One potential origin for male-driven mutations is the differentiation of spermatids into spermatozoa, which involves one of the most striking and global chromatin remodeling processes, where histone-bound chromatin is converted into highly condensed protaminated DNA toroid. Using pulse-field gel electrophoresis and comet assay on flow cytometry sorted cells, it was established that chromatin remodeling process is characterized by a transient surge in DNA double strand breaks (DSBs) in the whole population of murine spermatids, which get repaired by the end of spermiogenesis. Using a highly active nuclear extract and immunofluorescences, topoisomerases and markers of DNA repair systems were shown at these steps. Since haploid cells cannot rely on homologous recombination for templated DNA repair, it was hypothesized that this process may be genetically unstable and largely responsible for the observed male de novo mutations bias. Although very challenging, a method allowing the specific genome-wide mapping of DSBs using NGS was developed to establish the genomic distribution of DSBs during chromatin remodeling. It was shown that intergenic regions were enriched in DSBs, particularly LINE1, satellite DNA and simple repeats. Motif finding on potential hotspots showed that proteins from FOX and PRDM families may be implicated. Although homologous recombination cannot take place during spermiogenesis, an enrichment in BRCA1 motif was found, which is also known to be implicated in NHEJ and removal of topoisomerase adducts. Topoisomerase-like SPO11 motif was also enriched suggesting that the meiotic machinery may also be implicated during chromatin remodeling. Moreover, although DSBs tend to accumulate in intergenic regions, gene ontology analysis of hotspot-containing genes showed a marked enrichment in genes related to neurons and brain development. This result hence supports the fact that neurological disease associated mutations are also male biased and associated with advanced paternal age. Since DSB formation during spermiogenesis is conserved through evolution, these results suggest that chromatin remodeling in spermatids represents a significant component in the reported male de novo mutation bias.

Résumé: Les cellules germinales mâles remodèlent leur chromatine pour compacter leur noyau afin de protéger leur matériel génétique et assurer un transit optimal vers le gamète femelle. Il a été démontré que tous les spermatides de plusieurs mammifères, incluant l’homme et la souris, présentaient ce mécanisme de remodelage de la chromatine. Celui-ci est caractérisé par une augmentation transitoire de cassures d’ADN dont une quantité importante sont bicaténaires. Ce remodelage chromatinien a été étudié et semble être conservé chez plusieurs espèces, allant de l’algue à l’humain. Dans le contexte de la recherche fondamentale sur le phénomène de la spermiogenèse, il devient parfois très difficile d’investiguer certains aspects importants en vertu de l’impossibilité de réaliser des manipulations génétiques simples. Il est donc impératif de développer un nouveau modèle d’étude plus permissif afin de palier à ces difficultés encourues. Comme le processus de maturation des spores chez la levure à fission présente de grandes similitudes avec la spermiogenèse des mammifères, l’utilisation d’un modèle d’étude basé sur la sporulation de la levure à fission Schizosaccharomyces pombe a été proposée comme modèle comparatif de la spermatogenèse murine. À la suite de la synchronisation de la méiose de la souche S. pombe pat1-114, des analyses d’électrophorèse en champ pulsé (PFGE) et de qTUNEL ont permis de déterminer la présence de cassures bicaténaires transitoires de l’ADN lors de la maturation post-méiotique des ascospores nouvellement formés (t>7h). Des analyses par immunobuvardages dirigés contre le variant d’histones H2AS129p suggère la présence d’un remodelage chromatinien postméiotique dix heures suivant l’induction de la méiose, corroborant le modèle murin. Enfin, des analyses protéomiques couplées à l’analyse par spectrométrie de masse ont permis de proposer l’endonucléase Pnu1 comme candidat potentiellement responsable des cassures bicaténaires transitoires dans l’ADN des ascospores en maturation. En somme, bien que le processus de maturation des spores soit encore bien méconnu, quelques parallèles peuvent être tracés entre la maturation des ascospores de la levure à fission et la spermiogenèse des eucaryotes supérieurs. En identifiant un modèle simple du remodelage chromatinien au niveau de la spermiogenèse animale, on s’assurerait ainsi d’un outil beaucoup plus malléable et versatile pour l’étude fondamentale des événements survenant lors de la spermiogenèse humaine. / Abstract : The male germ cells undergo a major chromatin remodeling process in order to protect their genetic material and ensure optimal transit to the female gamete. It has been demonstrated that all spermatids from several mammals, including humans and mice, require this structural transition in order to reach their full maturity and fertilizing potential. This mechanism is characterized by a transient surge in DNA breaks, including a significant number of double-stranded breaks. This feature has been studied and seems conserved in many species, ranging from algae to humans. In the context of basic research on the phenomenon of spermiogenesis, it is sometimes very difficult to investigate important aspects due to the impossibility of carrying out simple genetic manipulations. A more flexible model to overcome the incurred difficulties is therefore needed. Since the process of ascospore maturation of the fission yeast presents great similarities with mammal spermiogenesis, the use of a model based on the sporulation of the fission yeast Schizosaccharomyces pombe has been proposed as a comparative model to the murine spermatogenesis. Following synchronization of meiosis in the S. pombe diploid strain pat1-114, pulsed field gel electrophoresis and qTUNEL assay were used to determine the presence of transient double-stranded breaks in DNA during the post-meiotic maturation of newly formed ascospores (t> 7h). Analyses by immunoblotting directed against the histone variant H2AS129p suggests the presence of a post-meiotic chromatin remodeling to t=10h, that may share similarities with higher eu karyotes. Finally, proteomic analyzes coupled with mass spectrometry allowed us to propose the Pnu1 endonuclease as a potential candidate responsible for the transient DNA double-stranded breaks during ascospore morphogenesis. In sum mary, although the spore maturation process is still under investigation, some parallels can be drawn between the maturation of ascospores of fission yeast s and higher eukaryotic spermio genesis. Thus, identifying a simple eukaryotic model for chromatin remodeling in animal spermiogenesis would ensure a flexible genetic tool to decipher the molecular events occurring during human spermiogenesis.

Le cancer du sein est le cancer qui a la plus forte fréquence au Canada. En 2012, on estime que 23 200 nouveaux cas de cancer du sein seront diagnostiqués. Deux tiers des tumeurs mammaires expriment ou surexpriment le récepteur des oestrogènes α (ERα). De même, les oestrogènes sont importants pour la croissance de ces tumeurs. La présence des récepteurs hormonaux est un critère qui détermine le choix de la thérapie; à cet égard, le ciblage des récepteurs des oestrogènes par les antioestrogènes a pour but d’inactiver ces récepteurs et diminuer leur contribution à la croissance tumorale. Les antioestrogènes sont des inhibiteurs compétitifs de ERα. Tamoxifene est le médicament le plus utilisé pour traiter les tumeurs mammaires ER+ de tous les stades, avant ou après la ménopause. Tamoxifene est antioestrogène partiel ou SERM qui a un profile mixte d’activités agonistes et antagonistes. Fulvestrant ou ICI 182, 780 est un antioestrogène de type total ou SERD dépourvu de toute activité agoniste. Ce composé est utilisé en clinique chez les femmes après la ménopause ayant des tumeurs mammaires avancées. Fulvestrant constitue, donc, une deuxième ligne thérapeutique en cas de rechute après à un traitement par Tamoxifene. Afin de comprendre le potentiel thérapeutique de Fulvestrant, il est primordial d’étudier son impact sur ERα. Actuellement, la polyubiquitination et la dégradation de ERα sont les mécanismes les plus connus pour expliquer l’inactivation de ERα par Fulvestrant. Par ailleurs, en utilisant des modèles cellulaires ER+ et ER-; nous avons montré que les antioestrogènes totaux induisent une insolubilité de ERα indépendamment de leur capacité à induire sa dégradation. L’insolubilité corrèle avec l’association de ERα avec la matrice nucléaire et avec l’inhibition de sa transactivation. L’hélice H12 du domaine de liaison du ligand joue un rôle important dans l’insolubilité et l’inactivation de ERα par les antioestrogènes totaux. Par ailleurs, les antioestrogènes totaux se distinguent par leur capacité à induire la SUMOylation de ERα par SUMO1 et SUMO2/3. La SUMOylation est rapide et précède la dégradation de ERα dans cellules ER+. À l’aide de dérivés de l’antioestrogène total ICI 164, 384, nous avons montré que la chaine latérale des antioestrogènes totaux est à la base de l’induction de la SUMOylation et de l’inactivation de ERα. De plus, la SUMOylation semble être une marque d’inhibition, car la déSUMOylation restaure une activité de ERα en présence des antioestrogènes totaux. L’hélice H12 du LBD et le domaine de liaison à l’ADN sont requis pour l’induction de la SUMOylation. La recherche de protéines impliquées dans l’inactivation et dans la SUMOylation a permis d’identifier le facteur de remodelage de la chromatine ACF dans le même complexe que ERα. De manière similaire à la SUMOylation, le recrutement de ACF est précoce et constitue une propriété spécifique des antioestrogènes totaux. D’autre part, Fulvestrant induit le recrutement de ACF au niveau du promoteur du gène cible des oestrogènes pS2, ce qui suggère une contribution du remodelage de la chromatine dans les mécanismes d’action des antioestrogènes totaux. La surexpression de la DéSUMOylase SENP1 abolit le recrutement de ACF ce qui indique un rôle de la SUMOylation dans le recrutement de ACF. De même, l’hélice H12 du LBD de ERα constitue un lien entre l’inactivation de ERα et le recrutement de ACF. L’insolubilité, la SUMOylation et l'interaction du complexe ACF sont le reflet des mécanismes d’action des antioestrogènes totaux. Ces observations peuvent être utilisées comme des critères fonctionnels pour identifier d’autres composés avec de meilleures propriétés pharmacologiques que Fulvestrant. / Approximately 70% of breast tumors express or overexpress estrogen receptor alpha (ERα) and are treated with antiestrogens (AEs), which act as competitive inhibitors of this receptor. Tamoxifen has been widely used for the treatment of ERα-positive tumors, but intrinsic or acquired resistance can lead to tumor recurrence. Full AEs such as Fulvestrant (ICI182, 780) are currently used to treat postmenopausal women with ERα-positive breast cancers with disease progression following Tamoxifen therapy. Unlike Tamoxifen and other Selective estrogen receptor modulators (SERMs), full AEs (SERDs) are devoid of any agonistic activity. It is currently thought that the capacity of full AEs to induce rapid polyubiquitination and degradation of ERα underlies their complete suppression of ERα signalling. On the one hand, we show a correlation between ICI 182, 780 induced ERα inhibition and its association with the insoluble fraction. This insolubility corresponds to an immobilization within the nuclear matrix and takes place in the absence of an accelerated turn over. The helix 12 in the ligand binding domain is important in the induction of insolubility and inactivation. On the other hand, we identify ERα as a target for Small Ubiquitin-like Modifier (SUMO) posttranslational modification by SUMO1 and SUMO2/3 specifically when liganded with full AEs. Induction of SUMOylation is rapid and precedes receptor degradation in ERα-positive breast cancer cells. On the other hand, the SERMs do not induce SUMOylation. The helix 12 in the ligand binding domain and the DNA binding domain play a role in the induction of SUMOylation in the presence of full AEs. Structure activity relationship experiments with full AE derivatives showed that the induction of SUMOylation is correlated with the degree of inhibition of ERα-mediated transcription. In addition, preventing SUMOylation by overexpression of a SENP1 deSUMOylase abolished the inverse agonist properties of full AEs without increasing activity in the presence of agonists or of Tamoxifen. In our attempt to screen for factors with a possible role in SUMOylation and inactivation, we show that the treatment with SERDs but not SERMs, induces a rapid interaction between ERα and the human ATP-utilizing chromatin assembly and remodeling factor (ACF) in ERα-negative and ERα-positive cell lines. The helix 12 is important since introducing single point mutations in this helix lead to an increased solubility and abrogate ACF recruitment. Using ChIP, we find an increase of ACF1 subunit association with proximal promoter of estrogen target gene pS2 suggesting a possible role of ACF in remodeling in this promoter. ACF recruitment is SUMOylation dependant since the overexpression of DeSUMOylase SENP1 abolishes the interaction between ERα and ACF. Together, induction of insolubility, SUMOylation and ACF recruitment are characteristic properties of full antiestrogens that contribute to their specific activity profile. They can be used to screen for new compounds with an improved therapeutic potential.