La méthylation des cytosines de l’ADN est un niveau de contrôle essentiel de la transcription génique. Elle joue un rôle primordial dans plusieurs étapes du développement comme l’inactivation du chromosome X et l’empreinte génomique. De plus, il est de plus en plus évident que la méthylation de l’ADN participe à la cancérogenèse.<p><p>Actuellement, le monde de la méthylation de l’ADN n’en est encore qu’à l'aube de son histoire. En effet, les mécanismes moléculaires la gouvernant sont encore peu connus. La méthylation de l’ADN est caractérisée par deux concept clés :le verrouillage de la transcription des gènes et le ciblage en des régions spécifiques du génome. Au cours de notre travail de thèse de doctorat, nous avons poursuivi les avancées réalisées dans ces deux domaines.<p><p>Dans un premier temps, nous nous sommes attachés à l’étude de la répression transcriptionnelle entraînée par la méthylation de l’ADN. Grâce à plusieurs études récentes, il paraît de plus en plus clair que la méthylation agit de paire avec la structure de la chromatine. Nous avons donc concentré nos recherches sur l’interconnexion de celle-ci avec deux machineries impliquées dans la régulation de son degré de compaction :la désacétylation et la méthylation des histones. Par diverses expérimentations, nous avons démontré un lien étroit entre ces machineries répressives pour l’imposition d’un état silencieux de la transcription.<p><p>Dans la deuxième partie de ce travail, nous avons dirigé notre attention sur le ciblage des Dnmt. Pour cela, nous avons mené deux stratégies de front. La première est une approche ciblée et consiste en l’étude de l’association des Dnmt avec l’oncoprotéine bien connue, Myc. La seconde approche est plus large. Grâce à l’utilisation de la technique du double hybride en levure, nous avons identifié de nouveaux partenaires des Dnmt, dont un qui pourrait s’avéré particulièrement intéressant :le protéine Cart1 (cartilage homeoproteine 1) impliquée dans le développement du système nerveux central.<p><p>En conclusion, notre travail de doctorat devrait permettre une meilleure compréhension des mécanismes moléculaires de la méthylation de l’ADN ainsi que son implication dans les divers processus physiologiques mais aussi pathologiques auxquels elle participe.<p> / Doctorat en sciences biomédicales / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Les complexes acétyltransférases (HAT), SAGA et ATAC, sont des régulateurs de la transcription des gènes. Cependant, peu d’études ont été menées sur la dynamique de ces complexes au niveau cellulaire et sur les mécanismes régulant leur assemblage. Au cours de mes travaux de thèse, j’ai utilisé des approches d’imagerie sur cellules vivantes, afin de déterminer la mobilité de ces complexes en comparaison avec celle d’autres régulateurs transcriptionnels. Les résultats ont montré que les sous-unités de SAGA et ATAC interagissent de manière transiente avec la chromatine. En complément, nous avons montré que les sous-unités spécifiques de SAGA et ATAC (ADA2b et ADA2a) ont des propriétés dynamique intracellulaire différentes et que GCN5, affecte la distribution d’ADA2a. Des analyses protéomique menées sur le comportement de ces protéines au niveau endogène, ont permis de montrer que les voies d’assemblage de ces deux complexes étaient différentes au niveau cytoplasmique et nucléaire. / Human SAGA and ATAC, are histone acetyltransferase (HAT) containing complexes that share a set of subunits and facilitate RNA polymerase II (Pol II) transcription. Little is known for the dynamics of the complexes in living cells and the regulation of their assembly. In this work, we used live-cell imaging to characterise the mobility of the two complexes and compare it with other actors of Pol II transcription. All tested ATAC and SAGA subunits exhibit very transient interactions with chromatin, a property that explains certain aspects of the function of the complexes. Moreover, we showed that overexpressed ATAC- and SAGA-specific HAT-module subunits (ADA2a and ADA2b respectively) have different intracellular dynamics and that the abundance of the shared subunit GCN5, affects the distribution of ADA2a. Quantitative proteomic analysis expanded our findings on endogenous proteins and provided evidence that the cytoplasmic and nuclear assembly pathways of SAGA and ATAC are different.

Les génomes nucléaires eucaryotes sont empaquetés au sein d’une structure nucléoprotéique appelée chromatine et dont l’unité fondamentale est le nucléosome. Celui-ci est composé d’un octamère d’histones, contenant deux molécules de chacune des histones H2A, H2B, H3 et H4, autour duquel 147 pb d’ADN sont enroulées. Les modifications post-traductionnelles (PTMs) des histones et de l’ADN (méthylation des cytosines) constituent des marqueurs épigénomiques primaires qui participent à la régulation et au contrôle de l’accessibilité des différentes régions du génome. Ainsi, la chromatine forme une structure dynamique influencée par les changements environnementaux et développementaux et contribue à orchestrer diverses fonctions du génome. L’objectif principal de ma thèse était de caractériser l’organisation spatiale et la dynamique temporelle des états chromatiniens chez Arabidopsis par des approches à l’échelle du génome permettant l’étude des profils de méthylation de l’ADN et d’un ensemble de modifications post-traductionnelles des histones. La méthylation de l’ADN, une marque caractéristique de l’inactivation épigénétique et de l’hétérochromatine chez les plantes et les mammifères, est largement confinée aux séquences répétées, dont les éléments transposables (TEs). Par mon travail de thèse, j’ai montré que chez Arabidopsis les séquences de TEs faiblement méthylées ou non associées à des petits ARN interférents (siRNAs), donc potentiellement non régulées par la machinerie de RNA-directed DNA methylation (RdDM), peuvent acquérir une méthylation de l’ADN par diffusion à partir de séquences adjacentes ciblées par les siRNAs. Cette diffusion de la méthylation de l’ADN sur des régions promotrices pourrait expliquer, au moins en partie, l’impact négatif des TEs associés à des siRNAs sur l’expression des gènes à proximité immédiate. Dans une seconde partie de ma thèse, j’ai contribué à l’analyse intégrée de la méthylation de l’ADN et de onze modifications des histones. L’utilisation d’analyses combinatoires et en cluster m’a permis de montrer que l’épigénome d’Arabidopsis présente des principes simples d’organisation. En effet, ces analyses nous ont conduit à distinguer quatre états fondamentaux de la chromatine chez Arabidopsis, préférentiellement associés aux gènes actifs, aux gènes inactifs, aux TEs et aux régions intergéniques. Dans une troisième partie, j’ai intégré des données épigénomiques et transcriptomiques obtenues à différents temps afin d’étudier les dynamiques temporelles des états chromatiniens en réponse à un stimulus externe, la première exposition à la lumière des plantules suite à la germination. Ces travaux nous ont permis de montrer que la monoubiquitination de l’histone H2B participe à la modulation fine et sélective des changements rapides de l’expression de gènes. L’ensemble du travail présenté contribue à une meilleure compréhension de l’organisation de la chromatine le long du génome des plantes et de la dynamique des états chromatiniens en réponse aux changements de l’environnement. / Eukaryotic genomes are packed into the confines of the nucleus through a nucleoproteic structure called chromatin. Chromatin is a dynamic structure that can respond to developmental or environmental cues to regulate and orchestrate the functions of the genome. The fundamental unit of chromatin, the nucleosome, consists of a protein octamer, which contains two molecules of each of the core histone proteins (H2A, H2B, H3, H4), around which 147 bp of DNA is wrapped. The post-translational modifications (PTMs) of histones and methylation of the cytosine residues in DNA (DNA methylation) constitute primary epigenomic markers that dynamically alter the interaction of DNA with nucleosomes and participate in the regulation and control access to the underlying DNA. The main objective of my thesis was to understand the spatial and temporal dynamics of chromatin states in Arabidopsis by investigating on a genome-wide scale, patterns of DNA methylation and a set of well-characterized histone post-translational modifications. DNA methylation, a hallmark of epigenetic inactivation and heterochromatin in both plants and mammals, is largely confined to transposable elements and other repeat sequences. I show in this thesis that in Arabidopsis, methylated TE sequences having no or few matching siRNAs, and therefore unlikely to be targeted by the RNA-directed DNA methylation (RdDM) machinery, acquire DNA methylation through spreading from adjacent siRNA-targeted regions. Further, I propose that this spreading of DNA methylation through promoter regions can explain, at least in part, the negative impact of siRNA-targeted TE sequences on neighbouring gene expression. In a second part, I have contributed to integrative analysis of DNA methylation and eleven histone PTMs. I have shown through combinatorial and cluster analysis that the Arabidopsis epigenome shows simple principles of organisation and can be distinguished into four primary types of chromatin that preferentially index active genes, repressed genes, TEs, and intergenic regions. Finally, in a third part, I integrated epigenomics with transcriptome data at three different time points in a developmental window to investigate the temporal dynamics of chromatin states in response to an external stimulus. This used the light-induced transcriptional response as a paradigm to assess the impact of histone H2B monoubiquitination (H2Bub), and showed that this PTM is associated with active transcription and implicated in the selective fine-tuning of gene expression. Taken together, the work presented here contributes significantly to our understanding of the spatial organisation of chromatin states in plants, its dynamic nature and how it can contribute to allow plants to respond to a signal from the environment.

Le virus d’Epstein-Barr (EBV) est un herpesvirus dont la séroprévalence est d’environ 90 % de la population adulte mondiale. EBV est associé à de nombreuses pathologies tumorales. La primo infection conduit à l’établissement du virus sous forme latente dans les lymphocytes B mémoires. Au sein de ces cellules B, le génome viral est sous la forme d’un épisome, un ADN circulaire double brin, et une fraction restreinte de gènes viraux est exprimée. Afin de se maintenir aux cours des divisions cellulaires, le génome viral est répliqué en phase S par la machinerie cellulaire et ségrégé lors de la mitose dans chaque cellules filles. La réplication et la ségrégation du génome viral nécessitent 2 facteurs viraux que sont la protéine virale EBNA1 (Epstein-Barr Nuclear Antigen 1) et la région oriP sur le génome viral. En phase S, EBNA1 interagit directement avec l’oriP et y recrute le complexe de pré-réplication de l’ADN. En mitose, EBNA1 ancre l’épisome à la chromatine ce qui permet une ségrégation efficace. Les mécanismes d’interaction entre EBNA1 et la chromatine reste encore flou. Au cours de notre travail, nous avons identifié la protéine RCC1 comme un partenaire potentiel pour la protéine EBNA1 pouvant être impliqué dans l’ancrage d’EBNA1 à la chromatine. Nous avons validé cette interaction et caractérisé les régions d’interactions pour ces deux protéines. Par ailleurs nous avons démontré que RCC1 est recrutée sur l’oriP en présence d’EBNA1 et que ces deux protéines interagissent en mitose. À la lumière de nos résultats et des données de la littérature, nous proposons que l’interaction d’EBNA1 avec la chromatine est dynamique et implique à la fois des interactions directes (AT-Hook, interaction avec les nucléosomes) mais aussi des facteurs cellulaires (RCC1, EBP2 et HMGB2). / Epstein-Barr virus (EBV) is a ubiquitous herpesvirus associated with several human cancers. In proliferating latently-infected cells, the EBV genome persists as a circular plasmid that is replicated once per cell cycle and partitioned at mitosis. Both of these processes require a single viral protein, Epstein Barr nuclear antigen 1 (EBNA1), which binds to two clusters of cognate binding sites within the origin of plasmid replication (oriP). EBNA1 plays an essential role both in viral episome replication, by recruiting the cellular complex of DNA replication onto the oriP, and in the efficient segregation of the viral episomes, by tethering the viral DNA onto the mitotic chromosomes. Whereas the mechanisms of viral DNA replication have been well documented, the mechanisms involved in tethering EBNA1 to the cellular chromatin are far from being understood. Here we have identified Regulator of Chromosome Condensation 1 (RCC1) as a novel EBNA1 cellular partner. RCC1 is the only known nuclear guanine nucleotide exchange factor (RanGEF) for the small GTPase Ran enzyme. RCC1, associated with chromatin, is involved in the formation of RanGTP gradients critical for nucleo-cytoplasmic transport, mitotic spindle formation, and nuclear envelope reassembly after mitosis. We have used several approaches to demonstrate a direct interaction between these two proteins and to identify the regions. involved Moreover, by using Chromatin ImmunoPrecipitation assay (ChIP) we have shown that RCC1 is enriched in the oriP region of mini viral replicons in a manner dependent on EBNA1. Finally, by using a combination of confocal microscopy and FRET analysis to follow the dynamics of interaction between the two proteins throughout the cell cycle, we have demonstrated that EBNA1 and RCC1 closely associate on the chromosomes during metaphase. Taken together, our data strongly suggest an essential role for RCC1 in tethering EBNA1 - linked to the viral episome - to the metaphasic chromosomes. Our results and those of others lead us to the idea that the interaction between EBNA1 with the cellular chromosomes requires several factors such as direct interactions or cellular proteins and these interactions are complementary and / or redundant.

L’intégrase (IN) du VIH-1 est une enzyme clé du cycle viral catalysant l’insertion stable de l’ADN viral dans le génome de la cellule infectée. L’IN participe également à de nombreuses étapes du cycle viral telles que la transcription inverse ou la maturation virale. Ainsi, la compréhension des mécanismes régulant l’intégration du VIH-1 représente un enjeu majeur dans le cadre notamment d’approches thérapeutiques. En effet, les études montrent que ces mécanismes sont finement régulés dans la cellule par des facteurs viraux et cellulaires agissant à différentes étapes du cycle viral. C’est donc dans ce contexte que nous avons étudié les facteurs à la fois viraux et cellulaires régulant ce processus. Dans un premier temps, les déterminants viraux modulant l’intégration dans la chromatine ont été analysés dans le cas de plusieurs modèles rétroviraux. Puis, dans un second temps, nous avons étudié l’impact de facteurs cellulaires, identifiés au laboratoire, sur les mécanismes d’insertion de l’ADN viral dans le génome cellulaire. Mon travail de thèse s’est ainsi articulé en trois axes majeurs aboutissant à : ● La démonstration de la régulation de l’intégration rétrovirale par la structure chromatinienne de l’hôte ● L’identification de nouveaux cofacteurs cellulaires participant à la régulation de l’intégration dans la chromatine dont le complexe de remodelage FACT « Facilitates Chromatin Transcription » ● L’identification d’une nouvelle interaction fonctionnelle entre l’IN du VIH-1 et la queue amino-terminale de l’histone humaine H4 et de son rôle dans la sélectivité de l’intégration / HIV-1 integrase (IN) is a key enzyme of the viral cycle that catalyzes the stable insertion of viral DNA into the genome of the infected cell. IN also participates in many stages of the viral cycle such as reverse transcription or viral maturation. Thus, an understanding of the mechanisms regulating the integration of HIV-1 is a major challenge, particularly in the context of therapeutic approaches. Indeed, studies show that these mechanisms are finely regulated in the cell by viral and cellular factors acting at different stages of the viral cycle. It is in this context that we studied both viral and cellular factors regulating this process. Initially, the viral determinants modulating the integration in chromatin were analyzed in the case of several retroviral models. Then, we studied the impact of cellular factors, identified in the laboratory, on the mechanisms of insertion of the viral DNA in the cellular genome. My thesis work has thus been articulated in three major axes leading to: • The demonstration of the regulation of retroviral integration by the chromatin structure of the host • The identification of new cellular cofactors participating in the regulation of chromatin integration, including the FACT remodeling complex "Facilitates Chromatin Transcription" • The identification of a new functional interaction between the HIV-1 IN and the amino-terminal tail of human H4 histone and its role in the selectivity of integration.

Les adaptations cellulaires et moléculaires induites par les drogues jouent un rôle central dans les altérations comportementales à long terme observées dans l’addiction. Cette étude s’inscrit dans une démarche de compréhension des processus cellulaires rapidement mis en jeu par la cocaïne et susceptibles d’impacter durablement le fonctionnement neuronal et les comportements. La protéine Arc joue un rôle clé dans l’établissement de la plasticité synaptique à long-terme et la consolidation de la mémoire. Cette étude visait à caractériser l’induction de Arc dans le striatum en réponse à la cocaïne et d’analyser son rôle dans les réponses moléculaires et comportementales qu’elle induit. Notre étude a montré que l’expression de Arc est augmentée rapidement et transitoirement dans le striatum après une injection de cocaïne sous la dépendance de l’activation de la voie ERK. Nous montrons que la cocaïne induit une forte accumulation de la protéine Arc dans le noyau des neurones striataux où Arc se localise dans des zones actives de transcription, à proximité des histones H3 phosphorylées. In vitro, la surexpression de Arc diminue la phosphorylation des histones H3 induite par le glutamate indiquant qu’elle altère le remodelage de la chromatine. L’invalidation génétique de la protéine in vivo dans un modèle de souris transgénique conduit à une décompaction de la chromatine associée à une augmentation de l’activité de la RNA Polymerase II démontrant que Arc exerce un effet répresseur sur les mécanismes transcriptionnels. La perte totale d’expression de Arc favorise le développement d’altérations comportementales à long terme chez des animaux exposés à de faibles doses de cocaïne. / Molecular and cellular adaptations induced by drugs of abuse in the reward system play a key role in long-term behavioral alterations encountered in addiction. This work falls within an approach of understanding the cellular processes rapidly engaged by cocaine that could underlie the persistent alteration of neuronal physiology and behaviors. Arc protein is a major player in neuronal plasticity. Arc is induced in many behavioral paradigms and is essential for long-term synaptic plasticity and memory consolidation. The aim of this study was to characterize the profile and modality of Arc induction within the mouse striatum in response to cocaine administration. Our study shows that Arc expression is rapidly and transiently increased in the striatum after acute cocaine in an ERK-dependent fashion. This work revealed that cocaine-induced Arc protein rapidly and transiently accumulates in the nucleus of striatal neurons. In the nucleus, Arc is preferentially expressed in active transcription regions and localizes at the vicinity of phosphorylated histones H3. In vitro Arc overexpression decreased glutamate-induced Histones H3 phosphorylation showing that Arc interferes with activity-dependent chromatin remodeling. In vivo genetic invalidation of Arc expression in a transgenic mouse model was associated with a decreased chromatin compaction and increased RNA Polymerase II activity suggesting a repressive role of Arc on transcriptional mechanisms. Total Arc loss of expression leads to increased sensitivity to cocaine and promotes long-term behavioral alterations induced by low doses of cocaine.

L’intégrase (IN) du VIH-1 est une enzyme clé catalysant l’insertion de l’ADN proviral dans le génome cellulaire au sein d’un complexe nucléoprotéique d’intégration.Les nombreux efforts apportés à l’étude du mécanisme d’intégration ont permis d’accumuler de multiples données sur ce processus complexe. Cependant plusieurs questions essentielles demeurent sans réponses en particulier concernant l’architecture fonctionnelle des complexes d’intégration de VIH-1. En effet même si les complexes actifs pour l’intégration sont relativement bien définis leur chronologie précoce de formation demeure inconnue. De même les phases tardives de leur association au substrat naturel d’intégration que constitue la chromatine restent floues. Enfin le rôle des facteurs du complexe de préintégration (CPI) dans la régulation des ces mécanismes doit être déterminé.Mon travail de thèse s’est reposé sur trois axes s’articulant autour de ces questions:-Comment est régulée la dynamique des phases précoces d’attachement des oligomères d’intégrase sur les extrémités virales ?-Quel est l’impact de la structure de l’ADN cible et de la chromatine sur l’association active des complexes d’intégration ?-Quel(s) rôle(s) joue(nt) les facteurs du CPI dans ces phases ? / HIV-1 integrase (IN) is a key enzyme catalyzing the proviral DNA insertion into the cellular genome within a nucleoprotein integration complex.The numerous efforts made on the mechanism of integration have led to the accumulation of substantial data on this process. However many important questions are still open particularly on the functional architecture of the HIV-1 integration complexes. Indeed even if the active complexes involved in the catalysis of the integration are well described, the chronology of their early formation is still unknown. Moreover, the late association of these complexes with the host chromatin is also obscure. Finally the involvement of the IN cofactors inside the preintegration complex on these steps has to be elucidated.The project of my PhD relied on three axis articulated on these questions:-What is the dynamic of the IN oligomers association on the DNA viral ends?-What is the impact of the target DNA chromatin structure on the functional association of the integration complexes?-Involvement of the PIC factors on these steps?

Les rétrotransposons L1 (Long INterspersed Element-1) sont des éléments génétiques mobiles dont l'activité contribue à la dynamique du génome humain par mutagenèse insertionnelle. Les conséquences génétiques et épigénétiques d'une nouvelle insertion, et la capacité d'un L1 à être remobilisé, sont directement liées au site d’intégration dans le génome. Aussi, l’analyse des sites d’intégration des L1s est capitale pour comprendre leur impact fonctionnel - voire pathogène -, en particulier lors de la tumorigenèse ou au cours du vieillissement, et l’évolution de notre génome. Dans ce but, nous avons induit de façon expérimentale la rétrotransposition d'un élément L1 actif plasmidique dans des cellules en culture. Puis, nous avons cartographié les insertions obtenues de novo dans le génome humain grâce à une méthode de séquençage à haut-débit, appelée ATLAS-seq. Finalement, les sites pré-intégratifs identifiés par cette approche ont été analysés en relation avec un grand jeu de données publiques regroupant les caractéristiques structurales, génétiques ou épigénétiques de ces loci. Ces expériences ont révélé que les éléments L1 s’intègrent préférentiellement dans des régions de la chromatine faiblement exprimées et renfermant des activateurs faibles. Nous avons aussi trouvé plusieurs positions chromosomiques qui constituent des points chauds d'intégrations récurrentes. Nos résultats indiquent que la distribution des insertions de L1 de novo n’est pas aléatoire, que ce soit à l’échelle chromosomique ou à plus petite échelle, et ouvrent la porte à l'identification des déterminants moléculaires qui contrôlent la distribution chromosomique des L1s dans notre génome / Retrotransposons are mobile genetic elements that employ an RNA intermediate and a reverse transcription step for their replication. Long INterspersed Elements-1 (LINE-1 or L1) form the only autonomously active retrotransposon family in humans. Although most copies are defective due to the accumulation of mutations, each individual genome contains an average of 100 retrotransposition-competent L1 copies, which contribute to the dynamics of contemporary human genomes. L1 integration sites in the host genome directly determine the genetic consequences of the integration and the fate of the integrated copy. Thus, where L1 integrates in the genome, and whether this process is random, is critical to our understanding of human genome evolution, somatic genome plasticity in cancer and aging, and host-parasite interactions. To characterize L1 insertion sites, rather than studying endogenous L1 which have been subjected to evolutionary selective pressure, we induced de novo L1 retrotransposition by transfecting a plasmid-borne active L1 element into HeLa S3 cells. Then, we mapped de novo insertions in the human genome at nucleotide resolution by a dedicated deep-sequencing approach, named ATLAS-seq. Finally, de novo insertions were examined for their proximity towards a large number of genomic features. We found that L1 preferentially integrates in the lowly-expressed and weak enhancer chromatin segments. We also detected several hotspots of recurrent L1 integration. Our results indicate that the distribution of de novo L1 insertions is non-random both at local and regional scales, and pave the way to identify potential cellular factors involved in the targeting of L1 insertions

La voie de signalisation NF-kB (nuclear factor kB) régule la transcription de gènes impliqués dans la réponse immune et l’inflammation. L’activation chronique de cette voie est fréquemment retrouvée associée à des désordres inflammatoires et des cancers. Les impacts fonctionnels de l’activation de la voie NF-kB ont été jusqu’à présent étudiés à l’échelle des promoteurs. Néanmoins, les études récentes de la distribution chromatinienne de NF-kB indiquent que la sous-unité NF-kB RelA se localise majoritairement dans les régions intragéniques, incluant des exons et des introns, où ses fonctions restent inconnues. Mes travaux ont consisté à adresser cette question dans le contexte de l’infection par le virus HTLV-1, un activateur chronique de la voie NF-kB, responsable de la leucémie T de l’adulte. Mes données montrent que l’activation de la voie NF-kB par l’oncogène viral Tax de HTLV-1 s’accompagne de modifications de l’épissage alternatif d’exons riches en GC qui coïncident avec le recrutement chromatinien de RelA à proximité de ces exons régulés. Les analyses intégratives des profils d’épissage et du remodelage de la chromatine, combinées à des essais de ciblage expérimental de la chromatine (TALE), démontrent que la fixation intragénique de RelA permet de recruter le régulateur d'épissage DDX17 pour moduler l’épissage alternatif de l’exon via son activité hélicase. Ces données révèlent que, outre ses fonctions transcriptionnelles, le facteur NF-kB RelA agit comme une ancre chromatinienne pour le facteur d’épissage DDX17 et fournit une spécificité de régulation d’épissage alternatif. Ces données revisitent nos connaissances des mécanismes physiopathologiques des maladies associées à HTLV-1 ainsi que d'autres désordres reliés à l’activation chronique de la voie NF-kB / The NF-kB (nuclear factor kB) signaling pathway regulates gene transcription of genes involved in immune response and inflammation. Chronic activation of NF-kB frequently associated with inflammatory disorders and cancer. The functional impacts of NF-kB have long been studied at the promoter level. Nevertheless, recent studies of the chromatin distribution of RelA indicate that this NF-kB subunit is predominantly localized in intragenic regions, including exons and introns, where its functions remain unknown. My work has addressed this question in the context of HTLV-1 infection, which is a constitutive activator of NF-kB, and the causative agent of the Adult T-cell Leukemia. The results show that the activation of NF-kB by the viral oncoprotein Tax results in changes in alternative splicing regulations of GC-rich exons that coincide with the chromatin recruitment of RelA in the vicinity of these exons. Integrative analysis of RNA splicing and chromatin occupancy, combined with experimental chromatin tethering assays (TALE) demonstrate that the intragenic binding of RelA leads to the recruitment of the splicing regulator DDX17, which modulates the inclusion rate of exon thanks to its helicase activity. Altogether, these data reveal that, besides its transcriptional role, NF-kB RelA acts as a chromatin anchor for the splicing factor DDX17 and provides alternative splicing specificity. These data revisit our knowledge of the physiopathologic mechanisms of HTLV-1 associated diseases , as well as other disorders related to the chronic activation of the NF-kB pathway

La Nucléophosmine (NPM1) est l’une des protéines les plus fréquemment altérée dans les troubles hématopoïétiques. Sa mutation, au niveau de l’exon 12, est impliquée dans un tiers des leucémies myéloïdes aiguës et constitue l’un des premiers évènements dans la leucémogénèse. Elle est caractérisée par la séquestration aberrante de NPM1 au cytoplasme, on parle alors de NPMc+. NPM1 peut également subir plusieurs translocations menant à la synthèse de protéines de fusion dont NPM-MLF1. Cette dernière est impliquée dans les syndromes myéloprolifératifs et en plus faible proportion dans les leucémies myéloïdes aiguës. Cette translocation reste peu documentée. NPM1 est une protéine multifonctionnelle dont le rôle dans la régulation génique reste à être définie. La littérature fait état de quelques études rapportant que NPM1 influencerait l’expression génique mais aucun mécanisme n’a encore été clairement décrit. Nous proposons donc dans ce projet de doctorat, de définir comment NPM1 régule la transcription et nous déterminerons si la translocation NPM-MLF1 a un effet différent de celui de NPM1. Afin de déterminer de nouveaux partenaires d’interaction, nous avons purifié les complexes protéiques de NPM1 et NPM-MLF1 dans la lignée de cellules hématopoïétique K562. Dans une étude protéomique, nous avons mis en évidence par spectrométrie de masse puis par immunoprécipitation, que NPM1 et NPM-MLF1 interagissent avec les complexes de remodelage de la chromatine NuRD, P/BAF et ISWI. Par Ampli-Sequencing, nous avons identifié des gènes dérégulés par la baisse d’expression de NPM1 et anormalement exprimés chez les patients présentant une leucémie myéloïde aiguë avec mutation NPMc+. Nous avons déterminé par immunoprécipitation de la chromatine que NPM1 et NPM-MLF1 peuvent influencer l’expression de gènes cibles via le recrutement du complexe NuRD au niveau du site d’initiation de la transcription. Le profil des modifications d’histone est également perturbé. Nous montrons ici que NPM1 et NPM-MLF1 sont impliqués à la fois dans la répression et l’activation génique. Dans une seconde partie du projet, nous proposons de déterminer l’importance physiologique de la régulation, par NPM1-NuRD, de l’un des gènes cibles mis en évidence : SPARC. La méthode CRISPR-Cas9 a été utilisée pour générer des clones uniques K562 dont l’expression de SPARC est absente et celle de NPM1 est diminuée. Cette étude démontre que la diminution d’expression de NPM1 synergise avec la perte de SPARC afin d’induire la différenciation érythroïde et réduire l’invasion cellulaire. Nous montrons donc pour la première fois que NPM1 et la translocation NPM-MLF1 peuvent interagir avec des complexes de remodelage de la chromatine et peuvent influencer leur recrutement au niveau de gènes cibles afin de réguler la transcription. Nos résultats suggèrent que NPM1 est un facteur important dans le contrôle de la modification du transcriptome associée à la différenciation des cellules hématopoïétiques. Ce projet apporte donc de nouvel éclairage sur la compréhension des mécanismes associés à la mise en place des leucémies myéloïdes aiguës présentant une mutation NPMc+ ou la translocation NPM-MLF1. / Nucleophosmine (NPM1) is one of the most frequent altered proteins in hematopoietic disorders. NPM1 exon 12 mutation characterizes one third of all acute myeloid leukemia and can be fundamental to leukemogenesis. This mutation is characterized by the aberrant sequestration of NPM1 to the cytoplasm, the mutated protein is then called NPMc+. NPM1 can also undergo several translocations leading to the synthesis of fusion proteins including NPM-MLF1. The latter is involved in myeloproliferative disorders and in a lower proportion in acute myeloid leukemia. Little is known about this translocation. NPM1 is a multifunctional protein reported to influence gene regulation. The function(s) of NPM1 in gene regulation remains to be defined. The aim of this doctoral research project was to define how NPM1 regulates transcription and determine whether the NPM-MLF1 translocation could disrupt gene regulation imposed by NPM1. In order to determine new protein interaction partners, we purified NPM1 and NPM-MLF1 complexes in the K562 hematopoietic cell line. In a proteomic analysis performed by tandem immunoaffinity purifications followed by mass spectrometry and immunoprecipitation, we identified multiple nuclear protein partners of NPM1 and NPM-MLF1. Importantly, we found that NPM1 and NPM-MLF1 can interact with the chromatin remodeling complexes NuRD, P/BAF and ISWI. An analysis made by Ampli-Sequencing, indicated that multiple genes dysregulated by the decrease expression of NPM1 were also reported to be abnormally expressed in acute myeloid leukemia cells characterized by the NPMc + mutation. We demonstrate that not only NPM1 but also NPM-MLF1 can be recruited to NPM1 regulated genes and affect the chromatin recruitment of the NuRD complex. The variation in NuRD recruitment imposed by NPM1 knockdown or NPM-MLF1 expression, is associated to the abnormal transcriptional regulation of the target genes. We show here that NPM1 and NPM-MLF1 are involved in both gene repression and activation. In a second part of the project, we investigated the physiological importance of gene regulation imposed by NPM1-NuRD in these cells. Importance of the genetic link between NPM1 and the target gene SPARC was defined. Using the CRISPR-Cas9 methodology, we generated unique K562 clones whereby SPARC expression is abrogated and NPM1 expression is decreased. The decrease of NPM1 expression synergizes with the loss of SPARC expression to induce erythroid differentiation and reduce cell invasion. The results presented provide the first demonstration that NPM1 and NPM-MLF1 translocation can interact with chromatin remodeling complexes, influence their recruitment to target genes and thereby, influence the expression of specific genes. This project provides new information to understanding mechanisms affected in acute myeloid leukemia characterized by NPMc+ mutation or NPM-MLF1 translocation.