La 5-hydroxymethylcytosine (5hmC) est une base modifiée de l'ADN. Chez le mammifère, cette base était considérée jusqu'à récemment comme une espèce mineure produite par des dommages oxydatifs. Cependant, des travaux publiés en 2009 ont profondément changé cette vision. En effet, d'une part, la 5hmC est abondante dans certains types cellulaires, d'autre part la formation de 5hmC est un processus actif, dirigé par des enzymes spécialisées (TET1-3) à partir d'une autre base modifiée de l'ADN, la 5-méthylcytosine. Ces découvertes récentes posent naturellement la question du rôle biologique de la 5hmC. En effet, le rôle biologique de la 5hmC est en cours d'exploration et nécessite donc le développement de méthodes dédiées à son étude. Nous avons pris part au développement de méthodes pour l'étude de l'hydroxyméthylation de l'ADN et des protéines partenaires de cette base en proposant des outils chimiques, biochimiques et analytiques. Nous avons adapté une méthode utilisant la chromatographie liquide couplée à la spectrométrie de masse à l'étude de l'hydroxyméthylation. Nous avons également participé au développement de méthodes de marquage spécifique des 5hmC selon deux stratégies : (i) une stratégie enzymatique basée sur l'utilisation d'une glucosyltransférase et d'un donneur de glucose (uridine diphosphate glucose) modifié chimiquement; (ii) une stratégie chimique basée sur l'oxydation sélective de l'alcool allylique de la 5hmC. Enfin, nous avons conçu, synthétisé et étudié les propriétés de différentes sondes oligonucléotidiques photoactivables destinées à l'identification de protéines interagissant spécifiquement avec la 5hmC. / 5-hydroxymethylcytosine (5hmC) is a modified DNA base, who was until recently believed be a minor modification, resulting of oxidative damage. However, results published in 2009 have challenged this understanding. Indeed, 5hmC is abundant in some cell types and its formation is an active process, mediated by specific enzymes (TET1-3) using another modified DNA base, 5-methylcytosine (5mC). These recent discoveries raise the question of the biological role of 5hmC. Indeed, if the role of 5mC in gene expression regulation is established, the biological role of 5hmC is still in study and require the development of specific methods. We participated in the development of methods to study 5hmC and its partner proteins using chemical, biochemical and analytical tools. We showed that mass spectrometry is a powerful tool to quantify global methylation levels and adapted a method, using liquid chromatography coupled to tandem mass spectrometry to study hydroxymethylation. We have also taken part in the development of two 5hmC specific labeling methods: (i) an enzymatic strategy, using a glucosyltransferase and a chemically modified glucose donor, allowing the introduction of a probe by a bio-orthogonal reaction; (ii) a chemical strategy based on the selective oxidation of the 5hmC allylic alcohol. Finally, we have designed, synthesized and assessed the properties of photoactivable oligonucleotidic probes in order to identify proteins interacting with 5hmC.

HNF1beta est un facteur de transcription homeobox, dont les mutations sont fréquemment rencontrées chez des patients atteints d’anomalies congénitales du rein et du tractus urinaire (Congenital Abnomalities of the Kidney and the Urogenital Tract, CAKUT). HNF1beta est également impliqué dans le diabète de type Maturity Onset Diabetes of the Young 5 (MODY5). Le laboratoire d’accueil a démontré que HNF1beta était impliqué dans un mécanisme épigénétique, le Bookmarking, nécessaire à la réexpression post-mitotique de ses gènes cibles. En particulier, des expériences de vidéo-microscopie ont montré que la partie N-terminale de HNF1beta, contenant le domaine de liaison à l’ADN, en fusion avec la GFP (HNF1beta -GFP) est liée à la chromatine pendant la mitose. L’objectif de ma thèse était de caractériser les modalités biochimiques d’interaction de HNF1beta avec la chromatine mitotique. Nous avons mis en évidence le fait que la capacité de liaison à l’ADN est indispensable à la localisation mitotique de HNF1beta. En effet, la délétion de la troisième hélice alpha de l’homéo-domaine, responsable de l’interaction avec le grand sillon de l’ADN, entraîne la dissociation de la chromatine de HNF1beta pendant la mitose. Nous avons ensuite étudié l’effet de plusieurs mutations identifiées chez des patients MODY sur la localisation mitotique de HNF1beta. Nos résultats ont montré que certaines mutations faux-sens sont capables d’empêcher la fixation de la chromatine mitotique. Parmi ces mutations, certaines manifestent un phénotype dépendant de la température. Par exemple, à une température permissive, inférieure à 30°C, les mutations P256S et C273Y présentent une localisation mitotique normale. En revanche, à 37°C pour P256S et à 39°C pour le mutant C273Y, les protéines sont complètement dissociées, alors que dans toutes ces conditions de température, l’association de la protéine sauvage avec la chromatine mitotique n’est pas affectée. A température permissive (4°C), nous avons montré par retard sur gel (Electophoresis Mobility Shift Assay EMSA) que les mutants lient l’ADN avec un Kd apparent similaire à celui de la protéine sauvage. Par contre, à température restrictive, les mutants présentent des comportements différents. En effet, P256S perd sa capacité de liaison à l’ADN (de façon réversible), tandis que C273Y continue à lier l’ADN avec une affinité similaire à celui de la protéine sauvage. Le caractère thermosensible des mutants de HNF1beta nous a permis d’étudier les modalités de son recrutement sur la chromatine mitotique. Nos résultats ont montré que l’association des protéines à la chromatine mitotique présente une nature très dynamique. En effet, nous avons observé qu’une diminution rapide de température détermine la relocalisation mitotique réversible de la protéine, dans un délai de quelques secondes. Nous avons pu montrer que la relocalisation mitotique de HNF1beta induit par la température était affectée par une déplétion d’énergie, ainsi que par l’action d’un inhibiteur spécifique de l’importine-β (importazole). Nous avons enfin mis en évidence par immuno-précipitation de chromatine (ChIP) que la liaison de HNF1beta à la chromatine mitotique est séquence-spécifique. Nos résultats suggèrent que le recrutement de HNF1beta à la chromatine mitotique est énergie-dépendante, et nécessite le bon fonctionnement du système de transport lié à l’importine-beta. Mes résultats suggèrent que des mutations trouvées chez des patients MODY3 et MODY5 inactivent ou affaiblissent la capacité de HNF1beta de remplir son activité de Bookmarking. / HNF1beta is a POU transcription factor that is frequently mutated in patients that suffer from diabetes and renal cystic dysplasia. This protein has the peculiar ability to bind mitotic chromosomes and behave as a gene bookmarking. Here we show that the capacity of HNF1beta to bind to DNA plays an essential role for mitotic binding. A close homologue, HNF1alpha, shares the ability of HNF1beta to bind to mitotic chromosomes, and several MODY mutations (e.g P256S, V265L and C273Y) affect the ability of the protein to localize to mitotic chromatin. Interestingly, the phenotype induced by these mutations is very rapidly rescued by sudden temperature shifts. Temperature-sensitivity is probably linked to a conformational change that prevents DNA binding ability of P256S and V265L mutants at 37°C. Interestingly, the mitotic relocalization of these mutants induced by temperature shift was sensitive to energy depletion and importazole, suggesting an active mechanism involving the importin-beta system. Interestingly, C273Y mutant exhibited a significantly mitotic dispersion that is not correlated with any DNA or interphase chromatin binding defect, indicating that DNA binding function is necessary but not sufficient to accomplish bookmarking.

Les rétrovirus endogènes sont des parasites génétiques qui s’insèrent dans l’ADN génomique. Bien que leurs insertions délétères soient éliminées par la sélection naturelle, ils prolifèrent et sont une source de plasticité génomique. L’étude de l’impact de leur mobilité sur le génome hôte est rendue difficile par le faible taux de transposition de ces éléments, réprimés par des petits ARN appelés piARNs. Nous avons développé une approche génétique permettant d’inactiver ce contrôle et de déterminer l’impact sur le génome de la drosophile, d’une transposition réplicative. Nous avons remarqué la mise en place d’autres mécanismes de répression des rétrovirus endogènes lors de la perte des piARNs pouvant ainsi limiter leur propagation. Nous avons aussi identifié de nouveaux sites d’intégrations des rétrovirus endogènes après un cycle de transposition réplicative. Cependant, le taux de transposition reste faible. Ce projet combinant différentes approches (génétique, séquençage à haut débit et bioinformatique) a permis de démontrer que la voie des piARNs n’est pas cruciale pour le maintien de l’intégrité du génome, et que d’autres mécanismes semblent intervenir afin de maintenir sa stabilité. / Endogenous retrovirsuses are genetic parasites which are inserted in the genomic DNA. Although their deleterious insertions are eliminated by natural selection, they proliferate and are a source of genomic plasticity. The study of the impact of their mobility on the host genome is made difficult by the transposition’s low rate of these elements, suppressed by a class of small RNA, called piRNA. We have developed a genetic approach to inactivate this control and determine the impact on Drosophila’s genome, after one replicative transposition. We noticed the establishment of other endogenous retroviruses repression mechanisms that are awakened after the loss of the piRNA and they are able to limit their spread. We identified new integrations sites of endogenous retrovirus after one replicative transposition. But we noticed that the transposition rate still low. This project combines different approaches (genetics, high-throughput sequencing and bioinformatics) and show the piRNA pathway is not essential to maintain genome integrity but other mechanisms involving small RNA can be implicated in the genome stability.

Les Tumeurs NeuroEndocrines Pancréatiques (TNEPs), qui se développent à partir des cellules endocrines des îlots de Langerhans, sont des tumeurs de caractéristiques diverses, sur le point hormonal, fonctionnel ou encore moléculaire. Leur diversité complexifie les diagnostics et les traitements pour les patients atteints. Depuis quelques années, la plasticité cellulaire du pancréas endocrine commence à être bien documentée dans des pathologies comme le diabète et les TNEPs. Les facteurs de croissance de la famille TGF-beta, connus pour leur rôle en cancérologie, sont impliqués dans le contrôle de l'expression des marqueurs d'identité des cellules beta. Mes travaux de thèse ont consisté à étudier la place de la plasticité cellulaire dans le développement d'insulinomes et d'identifier un facteur TGF-beta, impliqué dans ce processus. J'ai ainsi démontré un mécanisme de dédifférenciation des cellules beta tumorales, invalidées pour le gène Men1 chez la souris. De plus, j'ai identifié un ligand de la famille TGF-beta, l'ActivinB, surexprimé dans les insulinomes et responsable de la plasticité cellulaire. Des études complémentaires sur le modèle murin RipTag2, développant également des insulinomes, combinées à des analyses in cellulo, m'ont enfin permis de montrer le rôle de Menin dans l'expression de ce ligand, grâce à la régulation épigénétique, notamment les modifications d'histones. Mes travaux ont ainsi permis de mettre en évidence l'ActivinB comme un nouvel acteur dans la plasticité des cellules beta endocrines, tumorales ou non. La détection d'ActivinB pourra être utilisée à des fins diagnostiques/pronostiques chez des patients atteints de TNEPs. Enfin, mes travaux démontrent que la diversité des TNEPs ne se restreint pas seulement à leurs caractéristiques hormonales, leur fonctionnalité ou leur capacité de prolifération, mais qu'elle est également due à leur origine cellulaire et les mécanismes de tumorigenèse, qui se mettent en place. Ainsi, une caractérisation moléculaire approfondie de ces tumeurs chez l'homme semble désormais essentielle pour affiner la classification, le diagnostic et enfin les thérapies pour les patients atteints des TNEPs / Pancreatic NeuroEndocrine Tumors (PNETs), which develop from endocrine cells in Langerhans islets, present a wide array of hormonal, functional or molecular characteristics. Their diversity complicates the diagnosis and the treatment of affected patients. In recent years, the cellular plasticity of the endocrine pancreas begins to be well documented in pathologies like diabetes or PNETs. Growth factors of TGF-beta family, known for their role in cancer, are involved in the control of beta cell identity marker expression. My PhD work was aiming at studying the role of cell plasticity in insulinoma development and identifying the potent contribution of a subset of members of the TGF-beta superfamily in this mechanism. Using mice model, I proved a mechanism of dedifferentiation in tumor endocrine beta cells, invalidated for Men1 gene. Moreover, I identified a TGF beta member, ActivinB, to be overexpressed in insulinomas and responsible of cellular plasticity. Using a combination of studies based on the RipTag2 mice, that also develop insulinomas, and in cellulo analyses, I further highlighted the role of Menin in the controlled-expression of ActivinB through an epigenetic mechanism, involving histone mark modifications. Therefore, my thesis works permitted to demonstrate that ActivinB represents a novel actor of endocrine beta cell plasticity. More importantly it highlights the possible use of ActivinB for diagnostic/prognostic purposes for PNETs patients. Finally, my work demonstrates that PNETs diversity is not only restricted to hormonal, functional or proliferative features, but shows that both the cell origin and mechanisms of tumorigenesis may actively contribute to the observed tumor heterogeneity. Thus, further molecular and cellular characterization of PNETs appears essential to refine the classification, diagnosis and therapeutics for patients

Les modifications épigénétiques participent au contrôle de l'expression génique. Il a été montré que la méthylation des désoxycytidines (dC) de l'ADN joue un rôle clé dans la régulation épigénétique chez les mammifères. Cette modification correspond à la marque épigénétique la plus stable. Elle a lieu sur des résidus CpG regroupés en ilôts, essentiellement situés au niveau des séquences promotrices, des séquences répétées et des séquences encadrants les ilôtsCpG. L'hyperméthylation des promoteurs induit une inhibition de l'expression des gènes, tandis qu'une hypométhylation est associée à une expression. Les enzymes responsables de la méthylation de l'ADN sont les méthyltransférases d'ADN (DNMTs). Deux familles de DNMTscatalytiquement actives ont été identifiées: on distingue la DNMT1, principalement responsable de la maintenance de la méthylation de l'ADN lors de la réplication, et les DNMT3A et 3B, qui sont responsables d'une méthylation de l'ADN dite de novo. L'altération des profils de méthylation de l'ADN conduit à diverses maladies telles que le cancer. Les cellules cancéreuses présentent souvent un profil de méthylation de l'ADN différent des cellules saines, on observe en particulier une hyperméthylation spécifique des gènes dits suppresseurs de tumeur. Une restauration de leur expression par l'inhibition de la méthylation de l'ADN représente ainsi une stratégie thérapeutique attrayante. Plusieurs inhibiteurs de DNMTs ont été décrits et deux analogues de nucléosides sont approuvés par la FDA pour traiter certaines leucémies: la 5-azacytidine (VidazaTM) et la 5-azadeoxycytidine (Dacogene(r)). Notre laboratoire développe depuis plusieurs années de nouveaux inhibiteurs non nucléosidiques de DNMTs qui ciblent leur site catalytique. J'ai étudié ici les effets pharmacologiques de ces inhibiteurs catalytiques des DNMTs, en utilisant plusieurs lignées cellulaires cancéreuses (issues d'une leucémie, d'un lymphome et d'un cancer du côlon). J'ai utilisé pour cela différentes technologies permettant d'analyser la méthylation de l'ADN, l'accessibilité de la chromatine, les modifications des histones et l'expression des gènes. Ces nouvelles thérapies épigénétiques visent à la reprogrammation des cellules cancéreuses, c'est pourquoi j'ai exploré les modifications à long terme induites par ces nouveaux composés. Nous avons montré que ces composés sont des inhibiteurs puissants de DNMT3A et qu'ils sont capables d'induire l'expression d'un gène raporteur (la luciférase) sous le contrôle du promoteur CMV, par une déméthylation de ce promoteur et une ouverture de la chromatine. Enfin, ces nouveaux inhibiteurs de DNMTs déméthylent la région promotrice de gènes suppresseurs de tumeurs et induisent leur ré-expression. / Epigenetic modifications participate to the control of gene expression. Methylation of deoxycytidines (dC) in the DNA was shown to play a key role in epigenetic regulation in mammals. It is the most stable epigenetic mark and occurs at CpG sites, which are grouped in islands and essentially located in promoters, repeated sequences and CpG island shores. Hypermethylation of promoters induces gene silencing while hypomethylation is associated to gene expression. Enzymes responsible for DNA methylation are the DNA methyltransferases (DNMTs). Two families of catalyticallyactive DNMTs have been identified: DNMT1, mainly responsible for DNA methylation maintenance during replication; and DNMT3A and 3B that perform de novo DNA methylation and support maintenance. Alteration of DNA methylation patterns lead to various diseases such as cancer. Cancerous cells often present aberrant DNA methylation, in particular a specific hypermethylation of tumor suppressor genes is observed. Restoring their expression by inhibition of DNA methylation represents an attractive therapeutic strategy. Several DNMTs inhibitors have been described. Two nucleoside analogs are FDA approved to treat leukemia: 5-azacytidine (VidazaTM) and 5-azadeoxycytidine (Dacogene(r)). Our laboratory develops since several years new inhibitors of DNMT, non-nucleoside analogs, targeting the catalytic site. Here, I studied the pharmacological effects of these DNMTs catalytic inhibitors using several cancer cell lines (leukemia, lymphoma and colon cancer) and different technologies to follow DNA methylation, chromatin accessibility, histone modifications and gene expression. Since epigenetic therapies aim at the reprogramming of cancer cells, I explored the long-term modifications induced by the compounds. We show that these novel compounds are potent inhibitors of DNMT3A and able to induce the expression of a reporter gene (luciferase) under the control of a methylated CMV promoter by demethylation of the promoter and opening of the chromatin. Finally, these new DNMTs inhibitors demethylate the promoter region of tumor suppressor genes and induce their re-expression.

Cette thèse porte sur le métabolisme du parasite Schistosoma mansoni. Au cours de son cycle de vie, S. mansoni subit des changements drastiques de l'environnement qui comprennent les étapes de libre-vie dans l'eau et l’endoparasitisme en invertébrés hôtes (à savoir les escargots) et en vertébrés hôtes (à savoir les mammifères). En conséquence, ce parasite montre une plasticité métabolique étonnante caractérisée par d’importants changements métaboliques d'une étape à une autre. L'un des plus intéressants changements est le passage de la phosphorylation oxydative à la glycolyse aérobie qui se produit lorsque l’étape libre-vie, c’est-à-dire le stade cercaires, infecte l'hôte mammifère. Ce changement est dépendant du glucose de l’hôte et est totalement réversible lorsque la concentration en glucose est faible. Ici, nous étudions en détail l'évolution des transporteurs de glucose de S. mansoni, ainsi que le rôle potentiel des enzymes de modification des histones (à savoir les sirtuines) dans la régulation du changement métabolique. La thèse est organisée en trois chapitres. Le chapitre I est une introduction générale au genre Schistosoma, à sa taxonomie et à ses membres les plus importants, à leur épidémiologie et aux stratégies de contrôle actuelles. Nous présentons en outre nos connaissances actuelles sur le mécanisme épigénétique de ces parasites, ainsi que sur la famille des protéines sirtuines. Dans le chapitre II, nous présentons les résultats de la thèse et ce chapitre est séparé en deux parties: (i) l'évolution et les propriétés moléculaires des transporteurs de glucose dans S. mansoni, (ii) et le rôle de la Sirtuine 1 dans la régulation du métabolisme mitochondrial des schistosomules, le stade mammifère de S. mansoni. Nous avons constaté que les transporteurs de glucose de S. mansoni, SGTP1, SGTP2, SGTP3 et SGTP4 suivaient différentes voies évolutives. Nos résultats suggèrent que les transporteurs de glucose de classe I de S. mansoni (SGTP2 et SGTP3) ont perdu leur capacité de transport du glucose et que cette fonction a évolué indépendamment dans les transporteurs de glucose spécifiques des Plathelminthes (SGTP1 et SGTP4). En ce qui concerne le rôle des sirtuines dans la régulation du métabolisme du glucose dans S. mansoni, nous avons constaté qu’à des concentrations élevées de glucose, les Sirtuines 1 de S. mansoni (SmSirt1) stimulent l'activité mitochondriale. Des inhibiteurs de Sirtuines 1 ainsi qu’un knockdown/qu’une inactivation du gène de SmSirt1 par ARN interférence réduisent l'activité mitochondriale des schistosomules. En outre, SmSirt1 est un répresseur de la pyruvate déshydrogénase kinase 1 (PDK1), un régulateur majeur de l'activité mitochondriale. Cependant, SmSirt1 ne semble pas réprimer les transporteurs de glucose de S. mansoni. Ceci est en accord avec notre analyse de l’évolution des transporteurs du glucose, car chez les mammifères, Sirt1 régule l'expression des transporteurs de glucose de classe I et nos résultats ont montré que les transporteurs de glucose de classe I ne transportent pas de glucose chez S. mansoni. Enfin, dans le chapitre III, nous faisons une discussion générale sur les principales conclusions de la thèse. / This thesis focuses on the metabolism of the parasite Schistosoma mansoni. During its life cycle, S. mansoni experiences drastic environmental changes that include: free-living stages in water and endoparasitism in invertebrate (i.e. snails) and vertebrate (i.e. mammals) hosts. In consequence, this parasite shows an amazing metabolic plasticity characterized by drastic metabolic switches from one stage to another. One of the more interesting is the switch from oxidative phosphorylation to aerobic glycolysis that occurs when the free-living stage, cercariae, infects the mammalian host. This switch is dependent on host glucose and is totally reversible when glucose concentration is low. Here, we study in details the evolution of the glucose transporters of S. mansoni as well as the potential role of histone modifying enzymes (i.e. sirtuins) in the regulation of the metabolic switch. The thesis is organized of three chapters. Chapter I is a general introduction to genus schistosoma, its taxonomy and more prominent members, their epidemiology and current control strategies. We further introduce our current knowledge on the epigenetic machinery of these parasites as well as the sirtuin protein family. In Chapter II we present the results of the thesis and this chapter is separated in two parts: (i) the evolution and molecular properties of glucose transporters in S. mansoni, (ii) and the role of Sirtuin 1 in the regulation of the mitochondrial metabolism of schistosomula, the mammalian stage of S. mansoni. We found that the glucose transporters from S. mansoni, SGTP1, SGTP2, SGTP3 and SGTP4 followed different evolutionary paths. Our results suggested that S. mansoni class I glucose transporters (SGTP2 and SGTP3) lost their capacity to transport glucose and that this function evolved independently in the Platyhelminthes-specific glucose transporters (SGTP1 and SGTP4). Regarding the role of sirtuins in the regulation of glucose metabolism in S. mansoni, we found that at high concentrations of glucose, S. mansoni sirtuin 1 (SmSirt1) stimulate mitochondrial activity. Sirtuin 1 Inhibitors as well as SmSirt1 gene knockdown, by RNA interference, reduce the mitochondrial activity of schistosomula. In addition, SmSirt1 is a repressor of pyruvate dehydrogenase kinase 1 (PDK1), a major regulator of mitochondrial activity. However, SmSirt1 did not appear to repress the S. mansoni glucose transporters. This is in agreement with our analysis of glucose transporter evolution because in mammals, Sirt1 regulates the expression of class I glucose transporters and our results showed that class I glucose transporters in S. mansoni do not transport glucose. Finally, in Chapter III we make a general discussion of the main findings of the thesis.

Des études moléculaires et génétiques ont montré qu'une empreinte épigénétique, située au niveau du locus sexuel (mat1) de la levure Schizosaccharomyces pombe, initie le changement de type sexuel. La réplication unidirectionnelle du locus mat1 permet la formation de l'empreinte sur le brin Watson. Les éléments moléculaires qui forment et protègent l'empreinte durant le cycle cellulaire restent peu connus. Afin de mieux comprendre le mécanisme de formation et de maintien de l'empreinte, j'ai caractérisé le recrutement au niveau du locus mat1 d'acteurs précoces dans le changement de type sexuel. J'ai montré que la protéine Sap1 (switch activating protein 1) est préférentiellement recrutée à l'intérieur de la séquence SS13, une séquence qui stabilise l'empreinte. Les protéines Lsd1/2 (lysine specific demethylases) qui contrôlent la pause de la fourche de réplication à mat1 et la formation de l'empreinte sont spécialement recrutées au niveau de mat1 indépendamment de l'allèle présent. La protéine Abp1 (homologue de CENP-B) est enrichie à côté de mat1 mais n'est pas impliquée dans la formation/maintien de l'empreinte. De plus, j'ai établi la signature de l'empreinte par séquençage à haut débit. En utilisant cette signature, j'ai mis en évidence que les protéines Lsd1/2 et Sap1 immunoprécipitent les deux côtés de la chromatide qui porte l'empreinte ce qui suggère la formation d'une structure protective définie comme l'imprintosome. / Genetic and molecular studies have indicated that an epigenetic imprint at mat1, the sexual locus of fission yeast, initiates mating type switching. The polar DNA replication of mat1 generates an imprint on the Watson strand. The process by which the imprint is formed and maintained through the cell cycle remains unclear. To understand better the mechanism of imprint formation and stability, we characterized the recruitment of early players of mating type switch at the mat1 region. We found that the switching activating protein 1 (Sap1) is preferentially recruited inside the mat1M allele on a sequence (SS13) that enhances the imprint. The lysine specific demethylases, Lsd1/2, that control the replication fork pause at MPS1 and the formation of the imprint are specifically drafted inside of mat1, regardless of the allele. The CENP-B homolog, Abp1, is highly enriched next to mat1 but it is not required in the process. Additionally, we established the computational signature of the imprint. Using this signature, we show that both sides of the imprinted molecule are bound by Lsd1/2 and Sap1, suggesting a nucleoprotein protective structure defined as imprintosome.

Chez les eucaryotes, l’ADN est empaqueté dans des complexes protéiques d’histones nommés nucléosomes qui assurent sa conformation. Cet arrangement est hétérogène à travers le génome et peut être dynamiquement modifié. La régulation de l’architecture chromatinienne joue un rôle essentiel dans la stabilité des génomes ainsi que la dynamique transcriptionnelle. Certaines régions qualifiées d’ ‘’heterochromatine constitutive’’ sont toutefois connues pour être maintenues à l’état condensé. Régionalisées aux extrémités et centres des chromosomes, l’hétérochromatine constitutive participe des fonctions télomériques et centromériques.Spodoptera frugiperda (S.fru, Lépidoptère, Noctuelle) est un ravageur de culture endémique du continent américain, récemment invasif dans le continent africain. Comme tous les Lépidoptères, S.fru est une espèce holocentrique dont le centromère est réparti le long des chromosomes et non restreint en un point unique. Cette disposition interroge sur l’établissement, la distribution ainsi que la fonction conservée de l’HC puisque cette dernière est principalement décrite pour être majoritairement localisée dans de larges régions péricentriques. Comprendre l’architecture chromatinienne chez S.fru peut avoir un intérêt en lutte biologique mais également permettre d’approfondir les connaissances en épigénétique chez un organisme non-modèle.Dans le cadre de la thèse, nous nous sommes demandés si la diméthylation de la lysine 9 de l’histone 3 (H3K9me2), marqueur de l’hétérochromatine constitutive, possédait un rôle conservé chez S.fru. Pour ce faire, nous avons comparé des données de ChIP-seq d’H3K9me2 sur cellules et larves entières après avoir annoté les gènes et l’ensemble des éléments répétés du génome, susceptibles d’être enrichis par cette marque. Parallèlement, des échantillons d’ARN-seq ont été étudiés afin de questionner le statut répressif de l’hétérochromatine constitutive. Nos résultats suggèrent un invariable maintien d’H3K9me2 dans les régions (sub)télomériques transcriptionnellement inactives ainsi qu’une forte association aux locus répétés d'ADN ribosomal (rDNA). Ces séquences ne constituent toutefois qu’une minorité des régions enrichies, le reste étant retrouvé dans des séquences répétées ainsi que dans le corps des gènes, indifféremment de leur état transcriptionnel. La persistante association d’H3K9me2 aux télomères et rDNA présagerait d’un maintien de la marque à proximité des centromères dont nous proposons un modèle d’établissement.La disposition de l’hétérochromatine constitutive questionne celle des régions euchromatiniennes, pauvres en nucléosomes, transcriptionnellement active et dynamiquement modifiées au cours du développement, du cycle cellulaire et des conditions environnementales. Afin de tester l’antagonisme de ces conformations, nous avons respectivement étudié la répartition des zones ouvertes et fermées du génome de la larve au stade L4 par approches de FAIRE-seq et de MAINE-seq. Ces structures ont été décrites dans la littérature pour être enrichies par de spécifiques modifications d’histones. Ainsi nous avons mis au point le protocole de native ChIP-seq d’H3K4me3 (marque active) et H3K9me2, H3K9me3, H3K27me3 (marques répressives). L’analyse en cours de l’ensemble de ces données de séquençages permettra d’avoir une vue intégrée de l’architecture chromatinienne au stade ravageur. / In eukaryotes, DNA is arranged in histones proteins complexes called nucleosomes that shape its conformation. This arrangement is heterogeneous across genomes and can be dynamically modified. Regulation of chromatin architecture plays an essential role in genome stability and transcription dynamics. Some regions named ‘’constitutive heterochromatin’’ are nonetheless known to remain highly condensed, regardless of conditions. Regionalized at extremities and chromosomes centers, constitutive heterochromatin contributes to telomeric and centromeric functions.Spodoptera frugiperda (S.fru, Lepidoptera, Noctuidae) is major crop pest in the Americas that recently invaded Africa. Like all Lepidopteran, S.fru is holocentric which means that its centromere is spread along chromosome and not restricted to a uniq point. This disposition question about establishment, distribution but also conserved function of constitutive heterochromatin since its usually and mainly localized in large pericentric regions.Deciphering chromatinian architecture in S.fru can be of interest in biological control but also allow to deepen epigenetic knowledge in a non-model organism.During my phD, we questionned the role of histone 3 lysine 9 demethylated (H3K9me2) in S.fru, a histone modification known in other yet described organisms to be a constitutive constitutive heterochromatinian hallmark.We compared H3K9me2 ChIP-seq data on cells and larvae after overall genomic functional annotation, potentially enriched for this mark. In parallel, RNA-seq samples were analyzed to question the putative repressive status of constitutive heterochromatin.Our results suggest an invariant retention of H3K9me2 in (sub)telomeric regions transcriptionally inactive but also a strong association of this mark in repeated ribosomal DNA locus (rDNA).These sequences constitutes nonetheless a minority of enriched regions since most of them regionalize in repeated sequences like transposons and tandem array but also gene bodies, independently of their transcriptional states.Persistent H3K9me2 association to telomeres and rDNA could predict of the conserved expression of this mark near centromeres. Based on literature and bioinformatics analysis, we proposed a model for S.fru holocentromeres.Constitutive heterochromatin questions euchromatin arrangement, described to be nucleosome poor, transcriptionally active and dynamically modified across development, cell cycle and environmental conditions. In order to test these structural antagonisms, we respectively studied open and closed genome conformations by FAIRE-seq and MAINE in larvae. These structures are reported to be associated to specific histones marks. We developed a native ChIP-seq protocol on H3K4me3 (active mark) and H3K9me2, H3K9me3, H3K27me3 (repressives marks). Overall analysis of these NGS data would help to picture an integrative view of chromatin architecture during larval pest stage.

Les mécanismes épigénétiques jouent un rôle essentiel dans la régulation de l’expression des gènes. L’enzyme du complexe répresseur Polycomb II EZH2, capable de triméthyler la lysine 27 de l’histone H3 (H3K27me3) est impliquée dans la régulation de nombreux processus normaux, tels que le développement et la différenciation cellulaire. Les plasmocytes jouent un rôle majeur dans la réponse immunitaire humorale. La différenciation des lymphocytes B en plasmocytes (PCD) est finement régulée par un réseau de facteurs de transcription impliqué de l’induction et le maintien de l’identité de ces deux types cellulaires. Par ailleurs, peu de mécanismes épigénétiques ont été décrits dans la PCD. En utilisant un modèle in vitro de PCD développé dans notre laboratoire, nous avons mis en évidence une surexpression d’EZH2 dans le stade préplasmablaste (prePB) de la PCD. Grâce à l’analyse globale des séquences d’ADN associées à EZH2 et H3K27me3 dans ce type cellulaire, nous avons montré que l’enzyme était capable de réprimer l’expression de gènes impliqués dans différentes fonctions des lymphocytes B et des plasmocytes. EZH2 est également capable de se fixer sur le promoteur de gènes actifs dans les prePB, impliqués dans la régulation de la prolifération de ces cellules. En outre, nous avons montré que l’inhibition chimique d’EZH2 dans notre modèle résultent en une dérégulation transcriptionnelle associée à une accélération du processus de différenciation. Nos résultats suggèrent qu’EZH2 est impliqué dans le maintien de l’état transitoire, immature et prolifératif des prePBs via la régulation de gènes, dépendante et indépendante de H3K27me3, favorisant l’amplification des cellules à défaut de leur différenciation en plasmocytes. Des anomalies de séquence ou de l’expression d’EZH2 ont été mis en évidence de nombreux cancers hématologiques et solides. Le myélome multiple (MM) est une hémopathie caractérisée par l’accumulation de plasmocytes tumoraux dans la moelle osseuse. Nos travaux ont notamment permis d’identifier une surexpression des membres du complexe Polycomb Repressive Complex 2 (PRC2) dans les cellules de MM, en association avec leur prolifération. Afin de comprendre le rôle de PRC2 dans le MM, nous avons utilisé un inhibiteur de l’activité méthyltransférase d’EZH2 (EPZ-6438). L’effet de l’inhibiteur d’EZH2 sur la prolifération et la survie des cellules de MM est très hétérogène. En effet, les cellules sensibles présentent un arrêt du cycle cellulaire et entrent en apoptose. De manière intéressante, la résistance des cellules de MM à l’inhibiteur d’EZH2 pourrait être médiée induite par la méthylation des promoteurs des gènes cibles de PRC2. Nous avons ainsi établi un score (EZ-score), basé sur l’expression des gènes, permettant d’identifier des patients de mauvais pronostic pouvant bénéficier d’un traitement avec un inhibiteur d’EZH2. Nous avons également mis en évidence un effet synergique de EPZ-6438 et du Lenalidomide, un agent immuno-modulateurs utilisé en traitement conventionnelle du MM. Cette inhibition de la croissance cellulaire est notamment due à l’induction de l’expression de facteurs de transcription, spécifiques des lymphocytes B, et des suppresseurs de tumeurs en association avec la répression de l’expression de MYC. Aussi, un prétraitement avec l’inhibiteur d’EZH2 permet de surmonter la résistance des cellules tumorales au Lenalidomide. Ces données suggèrent que le ciblage de PRC2 pourrait avoir un intérêt thérapeutique chez les patients caractérisés par un mauvais pronostic et un fort EZ-score. Ainsi, l’inhibiteur d’EZH2 pourrait également permettre de resensibiliser les patients aux chimiothérapies basées sur des agents immuno-modulateurs. / Epigenetic mechanisms play an essential role in gene expression regulation. EZH2, the catalytic sub-unit of PRC2, is able to trimethylate the lysine 27 of histone H3 (H3K27me3) and is involved in the regulation of numerous normal processes, such as development and cell differentiation. Plasma cells (PCs) play a major role in the defense of the host organism against pathogens, by producing antigen-specific antibodies. B cell differentiation into PC is mediated by a fine-tuned regulatory network of cell specific transcription factors involved in B and plasma cell identity. Although numerous key actors involved in plasma cell differentiation (PCD) have been described, most of the epigenetic mechanisms associated with this process are yet to be unveiled. Using an in vitro model of PCD developed in our laboratory, we showed that EZH2 is upregulated in the preplasmablast stage (prePB) of the PCD. By analyzing DNA sequences associated with EZH2 and H3K27me3 in this cell type, we highlighted that EZH2 is recruited to and represses through H3K27me3 a subset of genes involved in B cell and plasma cell identity. Interestingly, in prePBs and PBs, EZH2 was also found to be recruited to H3K27me3-free promoters of transcriptionally active genes known to regulate cell proliferation and DNA repair. Inhibition of EZH2 catalytic activity resulted in B to PC transcriptional changes associated with PC maturation induction together with higher immunoglobulin secretion. Altogether, our data suggests that EZH2 is involved in the maintenance of prePBs/PBs transitory immature proliferative state through H3K27me3-dependent and independent gene regulation supporting their amplification. Moreover, while EZH2 overexpression was previously shown to inhibit PCD in mice, this study highlights for the first time that EZH2 inhibition can accelerate normal human PCD by prematurely inducing a plasma cell transcriptional program.EZH2 mutations or abnormal expression were shown to be involved in numerous hematological malignancies and solid tumors. Multiple Myeloma (MM) is a malignant plasma cell disease with a poor survival, characterized by the accumulation of myeloma cells (MMCs) within the bone marrow. We identified a significant upregulation of the Polycomb Repressive Complex 2 (PRC2) core genes in MM cells in association with proliferation. We used EPZ-6438, a specific small molecule inhibitor of EZH2 methyltransferase activity, to evaluate its effects on MM cells phenotype and gene expression profile. PRC2 targeting results in cell growth inhibition due to cell cycle arrest and apoptosis together with Polycomb, DNA methylation, TP53 and RB1 target genes induction. EZH2 inhibitor induced toxicity was heterogeneous in human myeloma cell lines and primary MM cells from patients. Interestingly, we found that MM cell resistance to EZH2 inhibitor could be mediated by DNA methylation of PRC2 target genes. We established a gene expression-based EZ-score allowing to identify poor prognosis patients that could benefit from EZH2 inhibitor treatment. We also demonstrated a synergistic effect of EPZ-6438 and Lenalidomide, a conventional drug used for MM treatment, through the activation of B cell transcription factors and tumor suppressor gene expression in concert with MYC repression. Moreover, EPZ-6438 pre-treatment was able to overcome MM cells resistance to lenalidomide. These data suggest that PRC2 targeting could have a therapeutic interest in MM patients characterized by high-risk EZ-score values, reactivating B cell transcription factors and tumor suppressor genes. EZH2 inhibitor could also re-sensitize MM patients to chemotherapies based on immunomodulatory agents.

FOXL2 constitue un gène majeur de la différenciation et de la fonction ovarienne. Chez l’Homme, l’haploinsuffisance de ce gène induit des malformations palpébrales qui peuvent être associées ou non à une insuffisance ovarienne prématurée (BPES de type I ou II). Dans certains cas, des anomalies de l’expression de FOXL2 sont liées à des délétions de régions situées très en amont du gène, témoignant de la présence d’activateurs distaux. L’existence de cette régulation à longue distance a aussi été mise en évidence dans l’espèce caprine par notre équipe. La mutation naturelle PIS (Polled Intersex Syndrome) induit à l’état homozygote l’absence d’expression du gène FOXL2 dans les gonades XX, conduisant au développement de testicules à la place d’ovaires. Ainsi, au cours de mon doctorat j’ai été amenée à travailler sur deux aspects différents : (i) l’analyse des cibles/voies activées par FOXL2 dans la gonade, et (ii) l’étude de la régulation à distance de l’expression de FOXL2.En ce qui concerne le premier point, l’analyse du rôle d’un gène candidat, Dmxl2, chez la souris a nécessité la mise en place d’une invalidation conditionnelle de ce gène (Knock-out ou KO) dans les gonades (le KO total étant létal à la naissance). Chez les mâles, une diminution de 60% de la production de spermatozoïdes a été observée à la puberté pendant la première vague de spermatogénèse.En ce qui concerne le second point, l’étude d’une région régulatrice potentielle de l’expression de FOXL2 a permis de définir des éléments très conservés présentant un profil épigénétique caractéristique de régions de type « enhancers ». J’ai ensuite établi un modèle in vitro « d’édition de l’épigénome » du locus FOXL2, en utilisant la technologie CRISPR/dCas9-p300 pour modifier la marque épigénétique H3K27ac et activer l’expression de ce gène. A long terme, ces travaux pourraient aboutir à la création de « médicaments épigénétiques » pour soutenir l’expression de FOXL2 et rétablir la fertilité des patientes atteintes d’une mutation de ce gène. / FOXL2 is a major gene for ovarian differentiation and functions. In humans, FOXL2 haploinsufficiency induces eyelid malformations with or without premature ovarian failure (BPES type I or II). In some cases, abnormalities of FOXL2 expression are related to deletions of regions located far upstream of this gene, indicating the presence of distal activators. The existence of this long-range regulation has also been demonstrated in the goat species by our laboratory. The natural mutation PIS (Polled Intersex Syndrome) when homozygous induces the silencing of FOXL2 expression in XX gonads, leading to the development of testes instead of ovaries. Thus, during my PhD, I worked on two different aspects: (i) the analysis of FOXL2-activated targets/pathways in the gonad, and (ii) the study of the long-range regulation of FOXL2 expression.Regarding the first point, gene function analysis of the candidate gene Dmx12 required the establishment of a conditional knock-out in the mouse gonad (Dmxl2 total KO is lethal at birth). In males, a 60% decrease in sperm production was observed at puberty during the first wave of spermatogenesis.Regarding the second point, the study of a putative regulatory region of FOXL2 expression allowed to define highly conserved elements harbouring typical enhancer epigenetic profile. Then, I established an in vitro model of FOXL2 locus “epigenome editing”, using the CRISPR/dCas9-p300 technology to modify the epigenetic mark H3K27ac. In the long term, this work may lead to the development of "epigenetic drugs" to support the expression of FOXL2 and restore the fertility of patients with a mutation of this gene.