Au cours de la maturation des gamètes mâles a lieu un événement unique : les structures classiques qui ordonnent l'ADN sont complètement bouleversées et remplacées par une nouvelle, de composition et d'agencement différents, qui permet au noyau du spermatozoïde final une compaction qui n'est retrouvée nulle part ailleurs. Les signaux épigénétiques ainsi que les événements qui se déroulent alors au niveau moléculaire ne sont pas encore bien élucidés. C'est dans l'optique d'une meilleure compréhension de ce phénomène que la protéine Atad2 a été identifiée et caractérisée. Ce facteur, qui possède un bromodomaine ainsi qu'un domaine AAA, est retrouvé sous deux formes chez la souris. La plus courte, strictement testiculaire, est capable de se lier à la chromatine acétylée. De plus, comme les autres membres de la famille des AAAATPases, Atad2 est capable de se multimériser. Cette multimérisation régule son affinité à la chromatine. Des études plus poussées ont montré un rôle dans l'activité transcriptionnelle ainsi que dans la stabilité des structures basales d'ordonnancement de l'information génétique, les nucléosomes. De plus, chez l'humain, Atad2 a été retrouvé exprimé de façon aberrante dans certaines tumeurs. L'élucidation du rôle de cette protéine dans les cellules germinales et somatiques apportera ainsi des informations sur le changement complet de la nature chromatinienne au cours de la spermatogenèse, et peut-être permettra peut-être une meilleure appréhension de l'activité génomique ayant lieux dans les cellules tumorales.

Le virus de la grippe appartient à la famille des Orthomyxoviridae. Son génome est segmenté en huit ribonucléoprotéines virales (vRNPS) composées chacune d'une molécule d'ARN négatif simple brin recouverte de nucléoprotéines (NP) et associée au complexe de la polymérase. Le virus entre dans<br />la cellule hôte par endocytose, libère dans le cytoplasme ses vRNPs qui gagnent ensuite le noyau cellulaire pour être transcrites et répliquées. Les vRNPs sont importées via l'hétérocomplexe des importines alpha/beta. La NP, composant majoritaire des vRNPs, pourrait être impliquée dans cette étape et serait aussi un candidat idéal dans la mise au point de drogues antivirales. Nous avons voulu déterminer les caractéristiques structurales de <br />NP en complexe avec l'importine alpha 5 humaine. Grâce à la technique de microscopie électronique à transmission, nous avons obtenu un premier <br />modèle à basse résolution du complexe NP/importine alpha.<br />Dans le noyau, les vRNPs sont étroitement liées à la chromatine. En phase tardive du cycle viral, la protéine matricielle M1 se lierait aussi à la chromatine, peut-être pour décrocher les vRNPs. Nous avons pu montrer, par la technique de sédimentation, que les vRNPs se lient aux queues des histones, alors que M1 se fixe sur le domaine globulaire des octamères d'histones.<br />En fin de cycle viral, les vRNPs amplifiées sortent du noyau. Nos tests enzymatiques, d'interaction sur billes et en sédimentation montrent que les protéines virales M1 et NEP servent d'adaptateurs entre les vRNPs et le système d'export nucléaire CRM1/RanGTP. Nous avons aussi obtenu la <br />structure cristallographique du domaine C-terminal de NEP se liant à M1.

Within the lymphocyte lineage, GATA-3 is a major transcription factor implicated in the regulation of Th1/Th2 differentiation by promoting the expression of the Th2 cytokines, such as IL-4, IL-5, IL-10 and IL-13. Although the role of GATA-3 in the development of the Th2 lineage has been extensively described in the literature, the molecular mechanisms underlying its activity remain to be clarified. Here, we investigated whether GATA-3 might be regulated by reversible acetylation. In vivo, GATA-3 associates with class I and III HDACs. Biochemical studies unraveled the specific association of GATA-3 with the class III member SIRT1. Association with SIRT1 leads to the inhibition of GATA-3-induced IL-5 transcription. Using siRNA, we further show that SIRT1 promotes destabilization of GATA-3. Interestingly, nicotinamide, a specific inhibitor of SIRTs had no effect on the ability of SIRT1 to destabilize GATA-3 and to repress its transcriptional activity. In addition, a catalytic-defective mutant of SIRT1 (H363Y) shows similar effects to wild-type SIRT1, demonstrating that the deacetylase activity of SIRT1 is not required for its regulation of GATA-3. For the first time, our study indicates that SIRT1 is functionally linked to GATA-3. Moreover, our results also suggest that some important SIRT1 functions may not require its deacetylase activity.

Le virus Herpes Simplex de type 1 (HSV-1) possède un mode d'infection particulier dit bimodal. Il peut soit se répliquer de manière active lors d'une phase dite lytique soit migrer dans les neurones et rester en latence. Il peut réactiver pour rétablir une infection lytique. Une protéine virale majeure dans la réactivation de HSV-1 est ICP0. C'est une protéine nucléaire à activité E3 ubiquitine ligase, qui possède la particularité d'induire la dégradation par le protéasome de plusieurs protéines centromériques constitutives, ce qui provoque une déstabilisation du centromère interphasique. Mon équipe a découvert une réponse cellulaire à l'instabilité centromérique, induite par la protéine ICP0, et nommée iCDR (pour interphase Centromere Damage Response.). L'objectif général de ma thèse est de déterminer les modifications structurales que subissent les centromères endommagés par ICP0 à l'origine de l'iCDR et probablement de la réactivation. J'ai pu démontrer qu'ICP0 affectait toute la structure protéique étroitement associée aux centromères durant l'interphase. Suite à ces résultats, j'ai pu démontrer, par des analyses de digestion de chromatine à la nucléase microccocale (MNAse), que l'occupation nucléosomique de la chromatine centromérique suite à l'activité d'ICP0 était affectée de façon significative. Une étude in vivo effectuée à partir de tissus nerveux provenant de souris infectées de manière latente, a permis de démontrer une co-localisation entre les génomes HSV-1 latents et les centromères. Cette co-localisation est associée à une répression transcriptionnelle du virus. Les résultats de ma thèse montrent donc que les effets d'ICP0 sur la déstabilisation des centromères sont en relation avec un rôle de ces centromères durant la latence. Ceci suggère fortement une implication de la déstabilisation des centromères dans le processus de réactivation contrôlé par ICP0.

Durant ces dernières années, la modélisation en physique est restée aveugle aux développements de disciplines sœurs ; en particulier la mécanique ou plutôt la robotique qui développe des outils puissants comme la cinématique inverse et les moteurs physiques (ou moteurs de jeux). Ces techniques sont couramment employées dans les jeux vidéo pour des résultats très réalistes. Je propose ici de montrer que nous pouvons simuler des assemblages d'ADN et de protéines (fibre de chromatine et à plus grande échelle des chromosomes) comme des systèmes articulés avec un moteur physique. Je montre aussi qu'il est possible d'étendre le thermostat local de Langevin à un thermostat global pour accélérer l'échantillonnage de l'espace des configurations du système ADN-protéines dans l'ensemble canonique. Ce nouveau thermostat est particulièrement intéressant lorsqu'il est utilisé avec un moteur physique. Plus précisément, je montrerai que la simulation que j'ai développée reproduit les résultats expérimentaux de manipulation de molécules uniques sous pinces magnétiques et permet de faire des prédictions. Enfin, cette simulation offre des perspectives intéressantes pour la modélisation des noyaux d'organismes allant de la drosophile à l'humain et la compréhension des toutes dernières données sur l'architecture des génomes.

Le fer est à la fois indispensable et toxique pour les cellules. Un contrôle strict de son métabolisme est nécessaire pour pourvoir aux besoins des cellules tout en évitant ses effets délétères. Chez la levure Saccharomyces cerevisiae, ce contrôle est assuré par les activateurs transcriptionnels paralogues Aft1p et Aft2p. En condition de carence en fer, Aft1p active la transcription des gènes du transport à haute affinité du fer extracellulaire en se fixant sur la séquence cis-régulatrice 5'-TGCACCC-3'. Le rôle d'Aft2p est moins bien caractérisé ; il reconnaît in vitro la même séquence consensus qu'Aft1p et active la transcription de plusieurs gènes régulés par Aft1p lorsqu'il est surexprimé ou sous une forme mutée constitutivement active. Nous avons cherché à mieux comprendre le rôle d'Aft2p en condition de carence en fer en identifiant ses gènes cibles et en caractérisant son mode d'action, par une combinaison d'expériences d'analyses globales de transcriptome, de Northern blot et d'immunoprécipitation de la chromatine réalisées avec les souches sauvage et délétées d'AFT1 et/ou d'AFT2. Nous avons montré qu'Aft2p, mais pas Aft1p, active directement la transcription des gènes de l'utilisation et du stockage du fer intracellulaire. Nous avons mis en évidence que la séquence cis-régulatrice des gènes régulés par Aft2p n'est pas 5'-TGCACCC-3', mais une séquence plus courte, 5'-(G/A)CACCC-3'. Aft2p joue également un rôle direct dans la régulation transcriptionnelle de plusieurs gènes du métabolisme du zinc, et il pourrait intervenir dans la régulation des gènes du métabolisme de l'ergostérol et des acides gras. Par ailleurs, nous avons montré l'existence d'une régulation par le fer de la quantité des protéines Aft1p et Aft2p. La variation de quantité d'Aft1p semble résulter de son autorégulation transcriptionnelle, alors que la variation de quantité d'Aft2p implique une régulation post-transcriptionnelle.

L'objectif de ce travail est d'approfondir l'exploration du génome et de l'épigénome somatique et germinal chez des hommes présentant une atteinte sévère de la spermatogenèse. <br />Concernant le génome somatique, nous avons recherché la présence de mosaïques somatiques pour le chromosome Y microdélété chez 44 hommes infertiles, et aucune mosaïque n'a été détectée. Nous avons également analysé des réarrangements complexes du chromosome Y chez 3 patients infertiles. Cette étude nous a permis d'affiner leur caryotype et de mieux définir l'implication de l'anomalie du Y dans le phénotype d'infertilité. La ségrégation méiotique des chromosomes X, Y, 18, 13 et 21 a été étudiée par FISH multi-couleurs sur les spermatozoïdes de 31 patients infertiles. Nous avons montré des taux de disomies spermatiques augmentés chez la moitié de ces patients et identifié 4 facteurs de risques cliniques ou biologiques associés à l'augmentation des anomalies chromosomiques spermatiques. Enfin, concernant l'exploration de l'épigénome germinal, nous avons caractérisé le profil d'acétylation des histones par immunohistochimie sur les biopsies testiculaires de 33 patients atteints d'un syndrome des cellules de Sertoli isolées et/ou d'une tumeur testiculaire. Nous avons mis en évidence une hyperacétylation globale massive du noyau des cellules de Sertoli lorsque les tubes séminifères sont dépourvus de cellules méiotiques et post-méiotiques. Cette étude a révélé que l'acétylation des histones pourrait être impliquée dans le dialogue entre cellules germinales et cellules de Sertoli, et que sa dérégulation pourrait être associée à la genèse des cancers testiculaires. Ce travail ouvre des perspectives intéressantes pour la prise en charge des infertilités masculines sévères.

La chromatine est un système de compaction de l’ADN jouant un rôle important dans la régulation de l’expression génique. L’acétylation de la chromatine provoque un relâchement de sa structure, facilitant le recrutement de facteurs de transcription. Inversement, des complexes histones déacétylases favorisent une structure compacte, réprimant l’expression de gènes. Un complexe HDAC, Rpd3S, est recruté par l’ARN polymérase II phosphorylée sur les régions codantes transcrites. Cette activité HDAC est stimulée par la déposition de la marque H3K36me générée par l’histone méthyltransférase Set2. Par approche génomique, en utilisant comme organisme modèle Saccharomyces cerevisiae, j’ai optimisé la méthode de ChIP-chip puis démontré que les sous unités Hos2 et Set3 d’un autre complexe HDAC, Set3C, étaient recrutées sur des régions codantes de gènes transcrits. De plus, Set3C est connu pour être recruté soit par H3K4me ou par la Pol II. La suite du projet portera sur le recrutement de Set3C qui semble similaire à Rpd3S. / Chromatin is a DNA compaction system and the main mecanism of gene expression regulation. Acetylation of histones loosens DNA compaction and thus facilitates the recruitment of transcription factors. By opposition, histone deacetylase (HDAC) complexes increase the compaction of chromatin and thus repress transcription. Rpd3S, a HDAC complex, is recruited to chromatin by interaction with a phosphorylated form of RNA polymerase II (Pol II) on actively transcribed genes and its activity is stimulated by the presence of the mark H3K36me mark. During my Master degree, I optimized ChIP-chip, using Saccharomyces cerevisiae as model organism, in order to investigate the localisation of two subunits (Hos2 and Set3) of another HDAC complex, Set3C. My datas demonstrate that Set3C subunits localized on actively transcribed genes, in a fashion similar to Rpd3S. Further, Set3C is known to be recruited either by Pol II or H3K4me suggesting that Set3C has a similar recruitment mechanism than Rpd3S. Future experiments in the laboratory will investigate the recruitment of Set3C.

Deux processus majeures de la vie cellulaire, la transcription et la réplication, nécessitent l'ouverture de la double hélice d'ADN et agissent différemment sur les deux brins, ce qui génère des taux de mutation différents (asymétrie de mutation), et aboutit à des compositions en nucléotides différentes des deux brins (asymétrie de composition). Nous nous proposons de modéliser le programme spatio-temporel de réplication et son impact sur l'évolution des séquences d'ADN. Dans le génome humain, nous montrons que les asymétries de composition et de mutation peuvent être décomposées en deux contributions, l'une associée à la transcription et l'autre à la réplication. Celle associée à la réplication est proportionnelle à la polarité des fourches de réplication, elle-même proportionnelle à la dérivée du "timing" de réplication. La polarité des fourches de réplication délimite, le long des chromosomes humains, des domaines de réplication longs de plusieurs Mpb où le "timing" de réplication a une forme de U. Ces domaines de réplication sont également observés dans la lignée germinale, où ils sont révélés par une asymétrie de composition en forme de N, indiquant la conservation de ce programme de réplication sur plusieurs centaines de millions d'années. Les bords de ces domaines de réplication sont constituées d'euchromatine, permissive à la transcription et à l'initiation de la réplication. L'analyse de données d'interaction à longue portée de la chromatine suggère que ces domaines correspondent à des unités structurelles de la chromatine, au coeur d'une organisation hautement parallélisée de la réplication dans le génome humain.

Asf1 est une protéine chaperon d'histone, qui participe à l'assemblage et au désassemblage des histones H3/H4 sur l'ADN. Asf1 n'est pas essentiel pour la viabilité cellulaire chez S. cerevisiae, mais les voies de surveillance des dommages à l'ADN sont activées de façon constitutive dans les cellules dépourvues d'Asf1 et celles-ci sont hypersensibles à plusieurs types de stress génotoxiques. Chez S. cerevisiae, Asf1 forme un complexe stable avec Rad53 en absence de stress génotoxique. Nos résultats suggèrent qu'au moins trois surfaces d'interaction sont impliquées dans le complexe Asf1-Rad53. Le domaine FHA1 de Rad53 fixe Asf1 phosphorylé sur T270, l'extrémité C-terminale de Rad53 fixe la même surface d'Asf1 impliquée dans la fixation des co-chaperones HirA/CAF-1, et un troisième site putative est constituée de la surface d'Asf1 impliquée dans la fixation de l'histone H3 avec le domaine kinase de Rad53. Lors des stress génotoxiques, Rad53 est phosphorylée et activée. Mes résultats montrent une dissociation totale du complexe Rad53-Asf1 après traitement HU, mais la préservation du complexe après traitement des cellules avec une gamme de concentration de MMS. Nous pensons que la régulation du complexe traduisent des réponses cellulaires distinctes adaptées à des stress génotoxiques spécifiques. Par ailleurs, grâce à la structure du complexe formé par un peptide C-terminal de Rad53 et le domaine N-terminal d'Asf1, nous avons isolé une mutation rad53_A806R-L808R. Nous avons constaté que cette mutation déstabilise l'interaction entre Asf1 et Rad53 et augmente la viabilité des mutants rad9 et rad24 aux stress génotoxiquex. Ce mutant rad53_A806R-L808R semble retourne plus vite dans le cycle cellulaire et/ou traverse plus vite la phase S par rapport à Rad53-WT, et augmente la réparation de l'ADN ou l'adaptation aux dommages du simple mutant rad24Δ.