Comment le zygote acquiert la totipotence à partir de deux cellules complètement différenciées, et comment les décisions du destin cellulaire sont faites plus tard dans le développement sont des questions biologiques essentielles. Les études menées au cours de la première partie de mon doctorat ont contribué à l'annotation de la composition de la chromatine embryonnaire en ce qui concerne les variantes des histones et des modifications post-traductionnelles. L'expression ectopique de H2A.Z après la fécondation réduit la progression du développement, ce qui suggère que l'absence de H2A.Z au début du développement pourrait être importante pour l'organisation de la chromatine embryonnaire nouvellement formée. Deuxièmement, j'ai étudié la dynamique des histones dans l'embryon de souris en développement. La reprogrammation épigénétique après la fécondation est accompagnée par une étonnante forte mobilité des histones dans le noyau. Ma thèse a contribué à la compréhension des événements dynamiques affectant la chromatine embryonnaire pendant le remodelage épigénétique après la fécondation. / How the zygote acquires totipotency from two differentiated cells, and how cell fate decisions are made later in development is a pivotal biological question. The studies conducted during the first part of my doctorate contributed to the annotation of embryonic chromatin composition with regards to histone variants and PTMs, and more specifically those correlated with active chromatin regions. The histone variant H2A.Z was shown to be present on embryonic chromatin in a stage-specific manner. Ectopic expression of H2A.Z after fertilization reduced developmental progression, suggesting that absence of H2A.Z at the onset of development might be important for the organization of the newly formed embryonic chromatin. Secondly, I investigated histone dynamics in the developing mouse embryo. Our work represents the first report on histone mobility during early mouse embryogenesis. My thesis contributed to the understanding of the dynamic events affecting embryonic chromatin during epigenetic remodeling after fertilization.

Le génome des cellules eucaryotes est empaqueté dans la chromatine, dont l’établissement et la maintenance nécessitent des processus d’assemblage et de remodelage. Ce travail de thèse a été consacré à la caractérisation de deux facteurs de la machinerie d’assemblage de la chromatine. Le premier facteur étudié dans ce travail était HIRIP3, un homologue mammifère de la levure H2A.Z chaperon Chz1. Nous voulions vérifier si HIRIP3 est une chaperon d'histone par elle-même. Pour commencer, nous avons décrit l'interaction de HIRIP3 avec les histones in vivo. Ensuite, nous avons étudié la spécificité structurale de cette interaction in vitro. Nous avons caractérisé HIRIP3 comme une nouvelle chaperon d'histone H2A qui utilise le motif CHZ pour sa fonction. La deuxième partie de ce travail a été axée sur le complexe de remodelage de la chromatine SRCAP. Nous avons cherché à décoder son réseau d'interaction et à décrire ses sous-complexes. Nous avons reconstitué le complexe de base YL1, SRCAP, TIP49A, TIP49B et H2A.Z / H2B en utilisant le système d'expression chez baculovirus. Notre protocole nous a permis de purifier un complexe de base adapté aux futures études structurelles par microscopie cryo-électronique. / The genome of eukaryotic cells is packaged into chromatin, which establishment and maintenance require mechanisms of assembly and remodelling. This thesis work was dedicated to the characterization of two factors of chromatin assembly machinery. The first factor studied in this work was HIRIP3, a mammalian homologue of yeast H2A.Z chaperone Chz1. We aimed to test whether HIRIP3 is a histone chaperone by itself. At first, we established HIRIP3 interaction with histones in vivo. After then, we studied the structural specificity of this interaction in vitro. We have characterized HIRIP3 as a novel H2A histone chaperone that utilizes the CHZ motif for its function. The second part of this work was focused on SRCAP chromatin remodelling complex. We aimed to decipher its interaction network and to describe its sub-complexes. We have reconstituted YL1, SRCAP, TIP49A, TIP49B and H2A.Z/H2B core complex using baculovirus expression system. Our protocol allowed us to purify core complex suitable for future structural studies by cryo-electron microscopy.

Les états chromatiniens peuvent être étudiés à l’échelle des unités transcriptionnelles par des approches moléculaires ou à l'échelle plus globale de l'hétérochromatine structurée au sein de chromocentres par des approches cytogénétiques. Ces deux niveaux d’organisation de la chromatine sont dynamiques et influencent l'ensemble des processus nucléaires. L’objectif de cette thèse était d'avancer la compréhension des dynamiques chromatiniennes à ces deux échelles chez la plante modèle Arabidopsis thaliana, en se focalisant sur une transition développementale majeure, la photomorphogenèse. Le processus de dé-étiolement implique la reprogrammation de l’expression de centaines de gènes en réponse à la lumière, constituant ainsi un excellent modèle d'étude. La première partie des travaux montre que la reprogrammation de l’expression du génome au cours de la photomorphogenèse est associée à des dynamiques de l’hétérochromatine qui sont régulés de façon différentielles dans les hypocotyles et les cotylédons. Ces dynamiques à grande échelle ont des conséquences localement, car les états décompactés sont associés à la réactivation d'éléments hétérochromatiniens répétés. Dans une deuxième partie, le répresseur transcriptionnel DE-ETIOLATED-1 (DET1) a été utilisé afin de rechercher l'implication de régulateurs de la photomorphogenèse dans les mécanismes chromatiniens. Ce répresseur majeur de la photomorphogenèse peut lier l'histone H2B et influence le niveau global de sa modification par mono-ubiquitination (H2Bub). Dans le cadre de ma thèse, j'ai révélé d'une part l’existence d’interactions génétiques entre DET1 et les gènes contrôlant l’homéostasie de H2Bub et d'autre part un défaut de la régulation chromatinienne des variants des gènes ribosomiques 5S et 45S dans le mutant det1-1. L’ensemble de ces données permet de proposer un modèle impliquant DET1 dans la régulation de H2Bub de façon différentielle dans l’euchromatine et l’hétérochromatine, constituant ainsi le premier lien entre régulateurs de la photomorphogenèse et modifications des histones. La marque H2Bub étant directement liée à l'activité transcriptionnelle chez divers eucaryotes, l'impact de H2Bub sur l'expression des gènes durant la photomorphogenèse a été analysé. La combinaison d’approches épigénomiques et transcriptomiques a permis de montrer que le gain de H2Bub est associé à l’induction des gènes. L’utilisation du mutant hub1 dans lequel le dépôt de H2Bub est aboli a également permis de révéler le rôle de cette marque pour une régulation rapide de l’induction et de la répression de nombreux gènes. De façon générale, ce travail a révélé des dynamiques chromatiniennes impliquant des réorganisations massives au niveau cytologique ainsi que des variations fines des modifications d'histones au niveau des gènes de l'euchromatine, ainsi que le rôle de DET1 dans la régulation de ces processus. Il ouvre donc la voie à l'étude des connections entre ces deux échelles de dynamiques pour la régulation de l'activité transcriptionnelle, liant compartimentation nucléaire et activité des gènes dans le contexte global de la réponse aux signaux lumineux. / Chromatin states can be studied both at the level of individual transcriptional units by molecular approaches or at the larger scale of heterochromatin by cytogenetic approaches. These two levels of chromatin organization are dynamic and influence all nuclear processes. The objective was to enhance the understanding of chromatin dynamics at these two scales in the model plant Arabidopsis thaliana, focusing on a major developmental transition, photomorphogenesis. The process of de-etiolation involves the reprogramming of the expression of hundreds of genes in response to the perception of light therefore constituting an excellent experimental system. The first part of the work shows that reprogramming of genome expression during photomorphogenesis is associated with heterochromatin dynamics that is differentially regulated in the hypocotyls and the cotyledons. These widespread dynamics have local consequences, as the decompacted states are associated with reactivation of heterochromatic repeat elements. In the second part, the transcriptional repressor DE-ETIOLATED-1 (DET1) was used to investigate the involvement of photomorphogenesis regulators in chromatin mechanisms. This major repressor of photomorphogenesis can bind histone H2B and influences the overall level of mono-ubiquitinated H2B (H2Bub). As part of my thesis, I uncovered the existence of genetic interactions between DET1 and the genes controlling H2Bub homeostasis and also a defect in the regulation of the chromatin around the 45S and 5S ribosomal genes in the mutant det1-1. These data have led me to propose a model involving DET1 in the differential regulation of H2Bub in heterochromatin and euchromatin, thus constituting for the first time a link between photomorphogenesis regulators and histone modifications. Because the H2Bub mark has been directly linked to transcriptional activity in a diverse range of eukaryotes, I analysed the impact of H2Bub on gene expression during photomorphogenesis in the third part of my thesis. The combination of transcriptomic and epigenomic approaches showed that the gain of H2Bub is associated with gene induction. The use of a hub1 mutant in which H2Bub deposition is abolished also revealed the role of this mark for the rapid control of many genes. In general terms, this work has revealed both dynamic chromatin changes that result in major genome reorganizations at the cytological scale and fine variations of histone modifications on euchromatic genes, as well as the role of DET1 in regulating these changes. My study paves the way for further studies on the connections between these two scales of dynamics and their function in the nuclear localization and changes in expression of genes in the overall context of light signaling.

Chez les organismes à reproduction sexuée, les gamètes (cellules sexuelles) sont produits par un processus comprenant deux divisions successives appelé méiose. Durant la première division, la recombinaison méiotique permet un contact physique et un échange de matériel génétique entre les chromosomes homologues. Elle résulte de la réparation, par recombinaison homologue, de cassures double-brin de l’ADN générées par la protéine SPO11 au début de la prophase de la première division. Chez les mammifères, les évènements de recombinaison se situent dans des régions de 1-2 kb appelées points chauds de recombinaison. La protéine PRDM9, qui contient un domaine PR/SET et des doigts de zinc, détermine la position des points chauds en ciblant des séquences spécifiques d’ADN par ses doigts de zinc. Son domaine PR/SET porte une activité lysine méthyltransférase, corrélée avec un enrichissement de H3K4me3 au niveau des points chauds, dans les spermatocytes.Les objectifs de mon travail étaient de caractériser l’activité catalytique de PRDM9 et d’étudier son rôle dans l’initiation de la recombinaison chez la souris. La structure cristallisée du domaine PR/SET de PRDM9 en complexe avec un peptide de l’histone H3 nous a permis de montrer que ce domaine adopte une structure similaire aux domaines SET canoniques portés par d’autres méthyltransférases, et d’identifier des résidus clés pour son activité. Nous montrons que le domaine PR/SET de PRDM9 méthyle in vitro non seulement H3K4, mais aussi H3K9 et H3K36. Nous confirmons in vivo la triméthylation de H3K36 dépendante de PRDM9 dans les spermatocytes. Utilisant deux allèles différents de PRDM9, Prdm9b et Prdm9wm7, qui activent des points chauds différents grâce à leur spécificité de séquence, nous avons généré des lignées de souris exprimant des allèles mutés du domaine PR/SET dont l’activité catalytique est abolie, Prdm9wm7G278A ou Prdm9wm7Y357F. La protéine mutante PRDM9wm7Y357F se fixe à ses cibles, mais n’y permet in vivo ni la triméthylation de H3K4, ni celle de H3K36. Enfin, nous montrons que l’activité catalytique de PRDM9 est requise pour promouvoir la recombinaison aux points chauds. Chez les souris exprimant uniquement un allèle Prdm9 muté, les spermatocytes présentent des défauts d’appariement des chromosomes homologues et de réparation des cassures double-brin de l’ADN, ainsi qu’un arrêt de la progression en méiose en milieu de prophase I, phénotype similaire à celui de la souris KO pour Prdm9 (Prdm9-/-). L’ensemble de nos résultats met en évidence le rôle primordial de l’activité méthyltransférase de PRDM9 pour la détermination des sites de recombinaison méiotique et plus généralement pour la progression de la méiose et finalement la formation de gamètes chez la souris. / In sexually reproducing organisms, gametes are produced by a process comprising two successive division, called meiosis. During the first division, meiotic recombination enables a physical contact and an exchange of genetic material between homologous chromosomes. Meiotic recombination results from the repair, by homologous recombination, of programmed DNA double-strand breaks (DSBs) catalyzed by the SPO11 protein at the beginning of prophase I. In mammals, recombination events are localized in 1 to 2 kb-long regions called recombination hotspots. PRDM9, a PR/SET domain and zinc finger-containing protein, determines hotspot localization by targeting specific DNA sequences through its zinc finger array. Notably, PRDM9 PR/SET-domain possesses an H3K4 methyltransferase activity, while PRDM9-dependent H3K4me3 enrichment is found at hotspots in spermatocytes.We aimed at characterizing PRDM9 methyltransferase activity and studying its role in meiotic recombination initiation in mouse. The crystal structure of PRDM9 PR/SET domain, which we generated in complex with a histone H3 peptide, shows that this domain adopts a similar topology to that of classical SET domains and allowed us to identify key residues for its catalytic activity. PRDM9 PR/SET domain catalyzes not only mono-, di- and trimethylation of H3K4, but also of H3K9 and H3K36. We confirmed PRDM9 dependent H3K36 trimethylation in spermatocytes. Taking advantage of the distinct DNA binding specificity of two Prdm9 alleles, Prdm9b and Prdm9wm7, each activating its own set of hotspots, we generated transgenic mouse lines expressing either Prdm9wm7G278A or Prdm9wm7Y357F mutant allele together with the endogenous wild-type Prdm9b allele. Both G278A and Y357F mutations abolish PRDM9 catalytic activity. We show that PRDM9wm7Y357F binds normally to its genomic targets, but is not able to promote H3K4 nor H3K36 trimethylation at these sites. In addition, PRDM9wm7Y357F does not promote recombination at one Prdm9wm7-dependent hotspot, showing that PRDM9 catalytic activity is required for promoting recombination at hotspots. In mice expressing only the mutant allele (Prdm9wm7G278A or Prdm9wm7Y357F), spermatocytes display defects in homologous chromosome synapsis and DSBs repair, as well as an arrest of meiosis at the mid-prophase I. This phenotype is similar to that of Prdm9 KO mice. Overall, our results demonstrate the role of PRDM9 methyltransferase activity in determining recombination hotspots and more generally for meiotic progression and gametes formation.

Les piRNAs sont une population de petit ARNs très diverse, que l'on retrouve dqns la lignée germinales des animaux pour réprimer les éléments génétiques mobiles : agissant de pair avec les protéines Piwi, ils guident le clivage des transposons actif. Chez la Drosophile, 3 protéines Piwi sont présentes, dont deux d'entre elles, AUB et AGO3, sont cytoplasmique et la dernière, PIWI, est nucléaire cependant son mécanisme d'action reste inconnu. La source principale de piRNAs sont des régions du génome bien particulière, appelé cluster de piRNAs. Cependant, il n'est pas encore connu a ce jour qu'est ce qui différentie ces région du reste du génome. Durant mon doctorant mon travail s'est focalisé sur ces deux questions centrales :Quel est le rôle de PIWI dans le noyau? Nous avons montré que PIWI était responsable de répression transcriptionnelle des transposons par l'intermédiaire de la déposition de marques chromatiniennes répressive, H3K9me3, grâce à la spécificité des piRNAs.Comment sont définit les régions générant des piRNA et comment sont régules leur expression ?Nous avons trouvé que les piRNAs qui sont transmis par la mère aux progénitures sont responsables de l'identification des régions génomiques donnant naissances à de nouveau piRNAs, grâce à la déposition de H3K9me3 dans le noyau et par l'initiation du cycle ping-pong dans le cytoplasme.Nous avons aussi mis en évidence les régions promoteurs des clusters de piRNAs, et trouve qu'elles sont nécessaires pour la production de piRNAs. / PiRNAs are a diverse population of small RNA found in the animal germline to silence mobile genetic elements: loaded into Piwi proteins, they guide homology-dependent cleavage of active transposon mRNAs. In Drosophila, three Piwi proteins are expressed, from which two, AUB and AGO3, are known to destroy transposon transcripts in the cytoplasm. The third one, Piwi itself, is nuclear and the molecular mechanism of its function remains unknown. The main sources of piRNAs are discrete genomic loci called piRNA clusters, however it is not known what differentiate them from non-piRNA producing loci. During my PhD, I focused my work on two central questions:1) What is the role of Piwi in the nucleus? We showed that Piwi is responsible for transcriptional silencing by mediating installment of repressive marks, especially H3K9me3, over active transposons copies in a piRNA dependent manner.2) How are piRNA clusters defined, and what regulates their expression? Analyzing what features differentiate a piRNA producing loci from any non-producing loci in the genome, we were able to single out some specific characteristics: . We showed that maternally inherited piRNAs are responsible to define germline clusters at the next generation through two mechanisms: in the nucleus, by deposition of H3K9me3 onto complementary genomic sequence, and, in the cytoplasm, by initiating the ping-pong cycle using cluster transcripts as substrates, leading to their processing into mature piRNAs.. We found that cluster promoters are essential to mediate full cluster transcription, which is allowed thanks to a very specific chromatin signature necessary to ensure piRNA production.

Au sein du noyau des cellules eucaryotes, la molécule d'ADN s'enroule autour de protéines histones, formant la chromatine. Ce mécanisme de compaction est dynamique selon les régions et les processus en cours, régulant l'accès à l'ADN. Pour exemple, la transcription d'un gène nécessite localement la décompaction de la chromatine, ce qui permet l'accès à la machinerie de transcription. Au contraire, La répression de ce gène sera corrélée à une forme compactée de cette portion de chromatine. Le phénomène d'acétylation des histones est associé à une décompaction. Les régions d'hétérochromatine (forme compactée considérée comme peu dynamique et peu transcrite) sont donc pauvres en acétylations d'histones. Pourtant des études chez la levure, suggèrent la présence de ces acétylations de manière fine dans l'hétérochromatine afin d'en permettre la plasticité. De récentes données chez la souris impliquent ces acétylations dans la compaction via le recrutement de protéines à doubles bromodomaine (BET). Notre vision de la fonction des acétylations d'histones est donc en train de changer. Les péricentromères sont des zones d'hétérochromatine dont la compaction correcte est nécessaire pour le bon déroulement de la ségrégation des chromosomes lors de la division cellulaire. Ici nous travaillons sur des cellules de souris SUV39H 1/2 -/-, où la voie classique de compaction des péricentromères est défectueuse. Nos données nous permettent de poser un modèle où l'acétyltransférase TIP60 est recrutée à l'hétérochromatine péricentromérique dans les cellules SUV39H 1/2 -/-, où elle maintient la compaction en acétylant H4K12, permettant le recrutement d'une protéine à double bromodomaine. Ceci constitue un nouveau cas de compaction via une acétylation d'histone et une protéine BET chez les mammifères. Cette voie alternative de compaction pourrait être utilisée par les cellules lors de déstructurations de ces régions au cours de divers processus physiologiques, ou pathologiques, comme dans le cadre des cancers. En effet, c'est la première fois qu'un rôle de TIP60 est décrit aux péricentromères, région importante pour la stabilité génétique de la cellule, ce qui est cohérent avec la fonction connue de suppresseur de tumeur de TIP60. / In eukaryote cells, DNA is wrapped around histones proteins, organizing a nucleo-proteic structure called chromatin. Chromatin can compact or decompact itself in a very dynamic manner, depending on specific regions and processes. One example is that, to be transcribed, a gene needs chromatin to be in a decompacted state, whereas transcriptional repression will correlate with compacted chromatin. Among mechanisms implicated in this dynamics, histones acetylation is largely associated with chromatin decompaction. Thus, compacted chromatin, called heterochromatin, is generally considered as hardly dynamic with hypo-acetylated histones. However, studies in yeast suggest the involvement of histone acetylation in heterochromatin in order to allow its plasticity. Moreover, recent data in mouse directly involve histone acetylation in compaction processes via double bromodomain proteins (BET) recruitment, shedding a new light on the biological function of histones acetylation. Pericentromeres are heterochromatin regions whose correct compaction is critical to allow normal chromosome segregation during cell division. Here, we used SUV39H 1/2 -/- mouse cells, in which the classical pericentromeric heterochromatin pathway is affected. Our results support a model in which the histone acetyl transferase TIP60 is recruited to pericentromeres in SUV39H 1/2 -/- cells, allowing compaction by H4K12 acetylation and BET proteins recruitment, which constitute a new example of acetylation-mediated compaction via a BET protein in mammals. This back-up compaction pathway may be used by the cell in physiological or pathological contexts with defective pericentric heterochromatin, such as some types of cancers. Indeed, this is the first time that TIP60 is implicated in pericentromeres, an important structure for genetic stability, which makes sense with the known function of TIP60 as a tumor suppressor.

Les transposons sont des séquences d’ADN qui ont la capacité de se dupliquer de façon autonome, posant une menace pour l’intégrité et la stabilité du génome. De nombreux mécanismes existent pour contrôler l’expression des transposons, parmi lesquels la méthylation de l’ADN joue un rôle particulièrement important. Chez les mammifères, les profils de méthylation sont stables tout au long de la vie de l’individu, mis-à-part pendant deux moments clés du développement embryonnaire. Pendant ces deux périodes, la méthylation de l’ADN est globalement effacée, ce qui corrèle avec l’acquisition d’un état cellulaire pluripotent, puis rétablie. En utilisant un système cellulaire de reprogrammation de méthylation induite, ce travail s’est attaché à comprendre comment le génome parvient à maintenir le contrôle des transposons en l’absence de cette protection d’ordinaire essentielle, J’ai pu démontrer que divers mécanismes chromatiniens compensent progressivement la disparition de la méthylation de l’ADN pour le maintien de la répression des transposons. En particulier, la machinerie Polycomb prend en partie le relai et acquiert un rôle primordial, spécifiquement en l’absence de méthylation de l’ADN. Dans un second temps, la contribution du cofacteur d’ADN méthyltransférase DNMT3l lors de la méthylation de novo a été étudiée. Dans sa globalité, ces découvertes offrent des perspectives nouvelles sur la façon dont le génome se réorganise lors de moments clés du développement embryonnaire. / Transposons are DNA sequences that can duplicate autonomously in the genome, posing a threat for genome stability and integrity. To prevent their potentially harmful mobilization, eukaryotes have developed numerous mechanisms that control transposon expression, among which DNA methylation plays a particularly important role. In mammals, DNA methylation patterns are stable for life, at the exception of two key moments during embryonic development, gametogenesis and early embryogenesis. After a phase a global loss of genomic methylation accompanying the acquisition of pluripotent states, DNA methylation patterns are re- established de novo during differentiation. This work attempted to elucidate how the genome copes with the rapid loss of DNA methylation, in particular regarding the control of transposons in absence of this essential protective mark. Using an embryonic cellular model of induced methylation reprogramming, I showed that various chromatin-based mechanisms can compensate for the progressive loss of DNA methylation. In particular, my results suggest that the Polycomb machinery acquires a critical role in transposon silencing, providing a mechanistic relay specifically when DNA methylation patterns are erased. In a second phase, this work analyzed the contribution of the DNA methyltransferase cofactor DNMT3l during events of embryonic de novo methylation. Overall, these findings shed light onto the processes by which genome regulation adapts during DNA methylation reprogramming.

Chez la levure à bourgeon, l’établissement de domaines silencieux pour la transcription nécessite le recrutement du complexe SIR (Silencing Information Regulator).Mon travail de thèse s’est attaché à étudier une nouvelle voie d’établissement de la répression transcriptionnelle par les SIRs. Des travaux récents ont montré que la répétition en tandem de protéines fortement liées à l’ADN favorise la mise en silence d’un gène rapporteur voisin (Dubarry et al. 2011).En combinant des approches génétiques et moléculaires, j’ai pu montrer qu’un locus composé de 120 répétitions du site opérateur de l'opéron lactose (lacO) liées par la protéine LacI génère un stress chromatinien local et représente une source d'instabilité génomique. Cette instabilité étant limitée par la recombinaison homologue.Dans la seconde partie de ma thèse, j'ai étudié la dynamique d’établissement de la répression par les complexes lacO/LacI et montré que la répression transcriptionnelle et le recrutement du complexe SIR s'établissent sur plusieurs cycles cellulaires. En outre, mes résultats montrent que le complexe SIR stabilise les nucléosomes au niveau des complexes ADN / protéines de forte affinité.Enfin, deux cribles génétiques m’ont permis d’identifier les complexes HIR et LSM comme des facteurs impliqués dans l’hétérochromatinisation induite par les répétitions lacO/LacI. Les connaissances actuelles de ces complexes étant restreintes à la régulation de la transcription et au post-traitement des ARN messagers, d'autres études seront nécessaires pour disséquer le lien entre ces complexes et l'inhibition transcriptionnelle déclenchée par les complexes lacO /lacI. / Silent domains in budding yeast are formed by the recruitment and spreading of the Silent Information Regulator (SIR) complex.Previous studies showed that an array of tight protein-DNA complexes has the ability to trigger SIR dependent silencing of an ectopically placed EADE2I reporter (Dubarry et al. 2011). It was proposed that replication stress arising due to difficulties to replicate the array of tight protein-DNA complexes is the source of this phenomenon. In my work I have demonstrated that an array of 120 lacO repeats tightly bound by a LacI protein is a source of genomic instability. Investigating the genetic requirements for this event, I have demonstrated that homologous recombination pathways maintain the stability of the locus. My work is consistent with previous reports in fission yeast demonstrating that lacO/LacI is a chromatin stress site (Sofueva et al. 2011). As a second part of my PhD project, using an inducible system that I have developed, I followed the dynamics of establishment of silencing of an ectopically placed reporter gene. My results demonstrate that transcriptional silencing in this system takes many cell cycles to be established. Additionally, I have identified a novel role of the SIR proteins in stabilizing nucleosomes. In an attempt to elucidate the functional link between lacO/LacI and EADE2I silencing, I have performed two SGA (synthetic genetic array) screens. I have identified the HIR and LSM complexes involved into transcriptional regulation and mRNA processing respectively, as potential candidates. Further studies will elucidate the role of these factors on lacO/LacI induced silencing.

Chez les eucaryotes, les gènes d’ARNr 45S sont présents en un grand nombre de copies organisées dans des régions chromosomiques appelées NOR pour « Nucleolus Organizer Region ». Cependant, seule une fraction de ces gènes est activement exprimée et leur activation/répression est majoritairement contrôlée par des mécanismes épigénétiques. Parmi les facteurs requis pour l’expression de ces gènes, se trouve la nucléoline, une protéine majeure du nucléole. Chez A. thaliana, la protéine NUC1 est nécessaire pour le maintien de la méthylation et le control de l’expression de variants spécifiques des gènes d’ARNr. De manière intéressante, contrairement aux animaux et aux levures, le génome des plantes possède un deuxième gène codant la nucléoline : NUC2. Au cours de cette étude, nous avons montré que les deux gènes NUC1 et NUC2 sont nécessaires pour la survie de la plante. L’étude de plantes mutées pour le gène NUC2 a révélé que cette protéine est impliquée dans l’organisation et l’expression des ADNr mais par des mécanismes antagonistes à ceux de son homologue NUC1. En effet, l’absence de la NUC2 induit une hyperméthylation des ADNr ainsi qu’une réorganisation spatiale et une variation du nombre de copie des différents variants des gènes d’ARNr. Par ailleurs, la protéine NUC1 se lie aux gènes actifs alors que la protéine NUC2 est associée à la chromatine condensée en périphérie du nucléole. En parallèle, nous avons montré que l’expression des ADNr est affectée en réponse à la chaleur et que le gène NUC2 est fortement induit. L’ensemble de ces données suggèrent un potentiel rôle de la NUC2 dans la répression des gènes d’ARNr au cours du développement et en réponse au stress. / In eukaryotes, 45S rRNA genes are highly repeated and localize in chromosomal regions known as NOR for “Nucleolus Organizer Regions”. However, only a small proportion of these genes is transcriptionally active and their activation and/or repression depends on epigenetic mechanisms. One of the factors involved in rDNA expression is nucleolin, a major nucleolar protein. In A. thaliana, nucleolin protein NUC1 is required to maintain rDNA methylation and control expression of specific rDNA variants. Interestingly, in contrast to animals and yeast, plants encode a second nucleolin gene: NUC2. Here, we show that NUC1 and NUC2 genes are both required for plant survival. Analysis of nuc2 mutant plants reveals that NUC2 protein is required for rDNA organization and expression but with mechanisms antagonistic to those described for its homologue NUC1. In fact, loss of NUC2 induces rDNA hypermethylation and a spatial reorganization of rRNA genes with changes in copy numbers of rDNA variants. Moreover, NUC1 protein binds transcriptionally active rRNA genes while NUC2 protein associates with condensed chromatin in the periphery of the nucleolus. Furthermore, we show that rRNA gene expression is affected in response to heat shock and that the NUC2 gene is strongly induced. Altogether, our results suggest a potential role of NUC2 protein in rDNA repression during development and/or in response to stress.

La sénescence, considérée comme étant un arrêt irréversible du cycle cellulaire, se caractérise par des changements drastiques de l'expression génique et de l'organisation de la structure de la chromatine. En effet, il se forme des foyers denses d'hétérochromatine au sein du noyau (SAHF) et ces modifications s'accompagnent d'un déclin progressif de la capacité à dupliquer le génome. Au cours de ma thèse, j'ai voulu savoir si ces modifications de la chromatine induite par les SAHF pouvaient influer sur le programme de réplication et changer la distribution des origines de réplication sur le génome au cours du processus d'entrée en sénescence réplicative des cellules. Nous avons donc, dans un premier temps, comparé par peignage moléculaire de l'ADN réplicatif la distribution des origines de réplication de cellules primaires prolifératives et sénescentes. Nous avons également cartographié l'ensemble de leurs origines de réplication sur la totalité du génome en purifiant les brins naissants aux origines de réplication que nous avons couplé à une analyse de séquençage à haut débit.Les protéines HMGA1 et HMGA2 étant des éléments précurseurs essentiels à la mise en place des SAHF, nous avons créé des lignées cellulaires qui, en sur-exprimant de façon inductibles ces protéines, induit une sénescence prématurée. Nous avons réalisé le même type d'analyses sur ces cellules afin de mettre en évidence le rôle de ces protéines dans les modifications du programme de réplication que nous avons observé au cours de l'entrée en sénescence de ces différents types cellulaires. / Senescence, considered as an irreversible cell cycle arrest, is characterized by dramatic changes in genes expression and chromatin organisation forming dense heterochromatic foci (SAHF). These changes are concomitant to a progressive decline of the capactity to replicate the genome. My PhD topic was to investigate whether the chromatin changes induced by SAHF formation could influence the replication program and modify the origin distribution along the genome at replicative senescence. We first compared the origin distribution of proliferative and pre-senescent primary fibroblasts by DNA molecular combing. Then, we mapped the origins positions in whole human genome by using the nascent strand purification assay coupled to deep sequencing.As HMGA1 and HMGA2 proteins are essential to induce SAHF formation, we designed inducible cell lines wich overexpress these proteins, triggering premature senescence. We made the same type of experiments in these cell lines in order to investigate the implication of these proteins on the changes of the replication program we observed during senescence.