L'objectif de cette thèse a été d'étudier le mécanisme de la coopération entre les voies de signalisation du TCR et de l'interféron de type I qui est responsable de l'augmentation d'expression de la cytokine anti-inflammatoire IL-10 dans les lymphocytes T CD45RA+CD4+ humains. En utilisant une approche transcriptomique et d'interférence d'ARNm, j'ai observé que les voies IFN et TCR contrôlent différemment l'expression des STATs et que les BATFs sont induits par l'IFN et augmentés par la costimulation TCR/IFN. STAT3 a été identifié comme régulateur majeur de l'IL-10 et il est recruté à proximité d'un site de liaison pour BATF au locus IL-10. Sur la base d'essais de co-silencing des trois BATFs, nous avons proposé que les BATFs contrôlent l'amplitude de la réponse IFN en agissant comme facteurs de transcription " pionniers ". D'autres résultats obtenus par une étude transcriptomique d'environ 200 gènes, montrent des contributions uniques et combinées des voies TCR et de l'IFN dans le programme d'expression de gènes des lymphocytes CD45RA+CD4+ activés et indiquent que d'autres facteurs de transcription pourraient réguler l'IL-10. Cette étude est susceptible d'apporter une connaissance plus large de mécanismes impliqués dans la régulation croisée entre les voies TCR et IFN. / In CD4 T cells several transcription factors (TFs) regulate expression of the anti-inflammatory cytokine IL-10. I investigated how type I interferon (IFN) cytokines and T cell receptor (TCR) pathways cooperate toward early upregulation of IL-10 in human CD45RA+ CD4+ T cells. I interrogated the role of the STAT and BATF family by transciptomics and RNAi-mediated gene-silencing. IFN and TCR induced STAT2 and STAT3 expression, respectively, while the BATFs were induced early by IFN and further enhanced by TCR/IFN together. STAT3 was the major regulator of TCR- and TCR/IFN-mediated IL-10 while STAT2 contributed to the latter. STAT3 was recruited adjacent to a BATF-binding site at the IL-10 locus early in response to TCR/IFN. Co-silencing of the three BATFs led to a marked decrease in TCR- and TCR/IFN-mediated IL-10. We propose that the BATFs control the magnitude of the IFN response as pioneer factors. Additional results of transcriptional profiling of ± 200 genes, including TFs downstream of TCR and IFN and TFs involved in IL-10 regulation, revealed that TCR and IFN provide unique and combined contributions to the early CD45RA+CD4+ T cell gene activation program and identified other potential TFs involved in TCR/IFN-mediated IL-10 transcription. This study may provide broad mechanistic bases for crosstalk between the TCR- and IFN-pathways.

Les derniers acteurs de la voie de signalisation à l’éthylène sont des facteurs de transcription appelés ERF (Ethylene Response Factors). La connaissance de leur rôle spécifique dans la régulation des processus développementaux dépendant de l’éthylène reste limitée. Les travaux présentés dans la thèse concernent la caractérisation fonctionnelle du gène Sl-ERF.B3, un membre de cette grande famille de régulateurs transcriptonnels dans la tomate (Solanum lycopersicum). Utilisant une stratégie répresseur dominant ; il est montré en particulier que ce gène intervient dans la mise en place de la réponse à l’éthylène et dans le contrôle de la maturation du fruit. L’expression d’une construction ERF.B3-SRDX, une version chimérique de Sl-ERF.B3 fusionné à un domaine répresseur de type EAR, entraine des phénotypes pléotropiques aussi bien dans la signalisation de l’éthylène que dans le développement des parties végétatives et des organes reproducteurs. Ainsi, une altération de la triple réponse à l’éthylène est constatée chez les lignées transgéniques et au stade adulte, les plantes présentent des phénotypes d’épinastie des feuilles, de sénescence prématurée des fleurs et d’abscission accélérée des fruits. L’ensemble de ces observations est corrélée avec une modification de l’expression de gènes impliqués dans la biosynthèse et la réponse à l’éthylène. Ces données suggèrent que ERF.B3 intervient dans un mécanisme de rétro-control de la réponse à l’éthylène en agissant à la fois sur les gènes de biosynthèse et de signalisation de l’hormone. Au niveau du fruit, la sur-expression d’ERF.B3-SRDX entraine une modification du processus de maturation avec un retard notable de l’avènement de l’acquisition de la compétence à murir. Cependant, une fois la maturation initiée, elle s’accompagne d’une forte production d’éthylène et d’une accélération du ramollissement du fruit. A l’inverse, l’accumulation de pigment est inhibée par altération de la voie de biosynthèse des caroténoïdes. Ces données phénotypiques sont corrélées avec le niveau d’expression des gènes clés impliqués dans ces processus. Les résultats indiquent que dans les lignées transgéniques, il y a découplage de certaines caractéristiques de la maturation du fruit et permettent de mettre en lumière le rôle d’ERF.B3 dans la régulation des processus de développement dépendant de l’éthylène chez la tomate. / Ethylene Response Factors (ERFs) are known to be the last transcription factors of the ethylene transduction pathway. Their specific role in ethylene-dependent developmental processes remains poorly understood. This work demonstrated a specific role of Sl- ERF.B3, a member of the ERF gene family in tomato (Solanum lycopersicum), in mediating ethylene response and fruit ripening through a dominant repressor strategy. ERF.B3-SRDX dominant repressor etiolated seedlings displayed partial constitutive ethylene-response in the absence of ethylene and adult plants exhibited typical ethylenerelated alterations such as leaf epinasty, premature flower senescence and accelerated fruit abscission. The multiple symptoms related to enhanced ethylene sensitivity correlate with the altered expression of ethylene biosynthesis and signaling genes, suggesting the involvement of Sl-ERF.B3 in a feedback mechanism regulating components of ethylene production and response. In addition, over-expression of ERF.B3-SRDX in tomato results in alterations in both fruit morphology and ripening process. The attainment of competence to ripen is dramatically delayed in ERF.B3-SRDX fruits but once ripening proceeds it is associated with high climacteric ethylene production and enhanced fruit softening while pigment accumulation is strongly reduced. Moreover, a number of genes involved in the fruit ripening process showed expression pattern deviating from that of wild type. These data suggest a putative role of Sl-ERF.B3 in the transcriptional network underlying the ripening process and uncover a mean for uncoupling some of the main features of fruit ripening such as fruit softening and pigment accumulation. Overall, the study highlighted the importance of an ERF gene in ethylene-mediated developmental processes such as plant growth and fruit ripening.

Les mécanismes de régulation de l’expression génétique sont essentiels pour l’adaptation du comportement cellulaire face à son environnement (différenciation, développement, réponse à un stimulus). Les études moléculaires décrivent une grande diversité de facteurs impliqués dans ce phénomène (TFs, marques épigénétiques, nucléosomes) et plusieurs niveaux de régulation (initiation, élongation, épissage, maturation) qui expliquent la complexité du transcriptome cellulaire. Durant ma thèse, nous nous sommes intéressés aux processus de régulation de la transcription en nous appuyant sur le modèle de la différenciation lymphocytaire murine. Nos études décrivent le recrutement des GTFs et une activité transcriptionnelle caractéristique aux promoteurs des gènes et sur les enhancers. Nous montrons également que les ilots CpG (CGIs) sont des éléments régulateurs majeurs chez les mammifères et qu’ils contribuent de manière transcription-indépendante à la déplétion nucléosomale observée aux promoteurs de certains gènes. Nos collaborations nous ont également permis d’aborder des sujets relatifs à l’élongation de la transcription, l’épissage alternatif, ou les combinatoires de PTMs que peuvent exhiber le CTD de l’ARN Pol II et les queues d’histones. Dans un contexte de transition de l’ère pré-génomique vers des approches expérimentales pangénomiques (s’appuyant notamment sur les technologies de séquençage haut débit), une proportion importante de ma période doctorale fut consacrée au développement d’outils bioinformatiques pour le traitement et les analyses de données expérimentales, issues de ChIP-on-chip puis de HTS (ChIP-Seq, MNase-Seq, RNA-Seq). / Mechanisms underlying the regulation of genetic expression are crucial for cell maintenance and adaptation to environment (differentiation, development...). Molecular approaches reveal a great diversity of factors involved in this process (TFs, epigenetics, nucleosomes) and several layers of regulation (transcription initiation, elongation, splicing, maturation) which contribute to the observed transcriptome complexity. During my thesis, we studied the mechanisms of transcription regulation in mammals during lymphocyte differentiation. Briefly, we described the recruitment of GTFs and the transcriptional activity occurring on promoters and enhancers. We also reveal that CpG islands (CGIs) are major regulator elements in mammals, which contribute to nucleosome depletion in a transcription-independent manner on a significant amount of promoters. Together with our collaborators, we also studied the mechanisms of transcription elongation, alternative splicing, or the complex combinatorial patterns of PTMs that can be set on the CTD of RNA Polymerase II and on histone tails. In the context of transition from pre-genomic studies to genome-wide experiments, an important part of my work consisted in the development of bioinformatics tools for the processing and analysis of experimental datasets from ChIP-on-chip, and HTS technologies (ChIP-Seq, MNase-Seq, RNA-Seq).

Les gènes Hox codent des facteurs de transcription à homéodomain (HD). Bien que ce dernier reconnaisse des séquences similaires in vitro, les protéines Hox achèvent des fonctions hautement spécifiques in vivo. Des séquences protéiques en dehors de l’HD influencent la spécificité d’action des protéines Hox par le recrutement de cofacteurs, dont le mieux caractérisé est Extradenticle (Exd) chez la drosophile. Des travaux récents au sein de notre équipe ont démontré la contribution fonctionnelle de trois motifs de AbdA, aussi bien dans des fonctions Exd-dépendantes qu’à des fonctions Exd-indépendantes. Mon travail de thèse a porté sur la caractérisation de la contribution des motifs protéiques de AbdA dans la sélection puis dans la régulation des gènes cibles en utilisant une approche combinée ChIPseq/RNAseq, dans un contexte Exd-indépendant. Le code ADN identifié nous a renseigné sur la présence d’inputs transcriptionnels additionnels. Ces derniers correspondant à des facteurs de transcription déjà connus, leur présence dans un complexe protéique avec AbdA a été démontrée par des analyses de spectrométrie de masse. Un second volet de mon travail de thèse a été l’identification de modifications post-traductionnelles pouvant rendre compte d’un mécanisme de régulation de l’activité des protéines Hox. Des analyses prédictives in silico, confirmées par des approches biochimiques et des analyses in vivo ont démontré la SUMOylation de AbdA. Ces résultats préliminaires posent les bases pour des travaux futures qui auront pour objectif d’identifier les résidus d’AbdA SUMOylés et d’élucider le rôle de cette modification dans la régulation de l’activité de la protéine AbdA. / Hox genes encode homeodomain-containing transcription factors (HD). Although the HD binds to similar DNA sequences in vitro, Hox proteins display a high functional specificity in vivo. Protein motifs outside of the HD influence Hox specificity through recruiting additional cofactors, with the best characterized being Extradenticle (Exd in Drosophila). Recent evidence from our group has uncovered the functional contribution of AbdA intrinsic motifs to AbdA Exd-dependent functions as well as AbdA Exd-independent functions. My PhD work has aimed to characterize the contribution of AbdA motifs to target gene selection and regulation using a combined approach of ChIPseq/RNAseq in an Exd-independent context. The DNA code identified provides us with new insights about additional transcriptional inputs from additional DNA-binding proteins lying in the vicinity of AbdA recognition sites. Mass spectrometry analysis establishes the occurrence of these additional DNA binding proteins in a multi-protein complex with AbdA. Deciphering the involvement of post-translational modifications in the regulation of Hox protein activity was another aspect of my PhD work. In silico predictive analysis, followed by biochemical approaches and in vivo assays reveal the potential for SUMOylation of AbdA as a potentially important regulatory component of AbdA activity. These preliminary results set the bases for further work aimed at identifying SUMOylated residues on AbdA and the functional relevance of such post-translational modification on AbdA activity regulation.

Le métabolisme définit l’ensemble des réactions biochimiques au sein d’un organisme, lui permettant de survivre et de s’adapter dans différents environnements. La régulation de ces réactions requiert un processus complexe impliquant de nombreux effecteurs interagissant ensemble à différentes échelles.Développer des modèles de ces réseaux de régulation est ainsi une étape indispensable pour mieux comprendre les mécanismes précis régissant les systèmes vivants et permettre, à terme, la conception de systèmes synthétiques, autorégulés et adaptatifs, à l'échelle du génome. Dans le cadre de ces travaux interdisciplinaires, nous proposons d’utiliser une approche itérative d’inférence de réseau et d’interrogation afin de guider l’ingénierie du métabolisme de la levure d’intérêt industriel Yarrowia lipolytica.À partir de données transcriptomiques, le premier réseau de régulation de l’adaptation à la limitation en azote et de la production de lipides a été inféré pour cette levure. L’interrogation de ce réseau a ensuite permis de mettre en avant et valider expérimentalement l’impact de régulateurs sur l'accumulation lipidique.Afin d’explorer davantage les liens entre régulation et métabolisme, une nouvelle méthode, CoRegFlux, a été proposée pour la prédiction de phénotype métabolique à partir des profils d’activités des régulateurs dans les conditions étudiées.Ce package R, disponible sur la plateforme Bioconductor, a ensuite été utilisé pour mieux comprendre l’adaptation à la limitation en azote et identifier des phénotypes d’intérêts en vue de l’ingénierie de cette levure, notamment pour la production de lipides et de violacéine.Ainsi, par une approche itérative, ces travaux apportent de nouvelles connaissances sur les interactions entre la régulation et le métabolisme chez Y. lipolytica, l’identification de motifs de régulation chez cette levure et contribue au développement de méthodes intégratives pour la conception de souches assistée par ordinateur. / Metabolism defines the set of biochemical reactions within an organism, allowing it to survive and adapt to different environments. Regulating these reactions requires complex processes involving many effectors interacting together at different scales.Developing models of these regulatory networks is therefore an essential step in better understanding the precise mechanisms governing living systems and ultimately enabling the design of synthetic, self-regulating and adaptive systems at the genome level. As part of this interdisciplinary work, we propose to use an iterative network inference and interrogation approach to guide the engineering of the metabolism of the yeast of industrial interest Yarrowia lipolytica.Based on transcriptomic data, the first network for the regulation of adaptation to nitrogen limitation and lipid production in this yeast was inferred.The interrogation of this network has then allowed to to highlight and experimentally validate the impact of several regulators on lipid accumulation. In order to further explore the relationships between regulation and metabolism, a new method, CoRegFlux, has been proposed for the prediction of metabolic phenotype based on the influence profiles of regulators in the studied conditions. This R package, available on the Bioconductor platform, was then used to better understand adaptation to nitrogen limitation and to identify phenotypes of interest for strain engineering, particularly for the production of lipids and amino acid derivatives such as violacein.Thus, through an iterative approach, this work provides new insights into the interactions between regulation and metabolism in Y. lipolytica, conserved regulatory module in this yeast and contributes to the development of innovative integrative methods for computer-assisted strain design.

Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Doctorat en sciences, Spécialisation biologie moléculaire / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Le bois, ou le xylème secondaire, est le produit de la différenciation des cellules cambiales en cellules vasculaires spécialisées lignifiées telles que les fibres et les éléments de faisceaux. Chez les herbacées de nombreuses évidences ont été rapportées quant à l'implication de facteurs de transcription de type Homéodomaine Leucine Zipper de classe III (HD-Zip III) dans la régulation du développement du xylème primaire. À la lumière de évidences rapportées chez les herbacées l'hypothèse que nous avons voulu tester est que les HD-Zip III de peupliers auraient acquis des fonctions liées au développement du xylème secondaire. Pour tester cette hypothèse, nous avons choisit deux objectifs généraux : Tout d'abord 1) celui de caractériser l'abondance des transcrits de HD-Zip III dans le cambium par rapport à d'autres tissues. Et 2) caractériser de l'effet de la surexpression de HD-Zip DI chez des peupliers transgéniques, PtHB-1 et PtHB-5 respectivement homologues de REVOLUTA et AtHB-8. Ceci est une façon indirecte de lier leur fonction dans le développement vasculaire, s'ils altèrent la differentiation de fibres ou le développement général des tissus vasculaires. À la lumière des résultats, l'analyses d'expression des transcrits de HD-Zip III nous avons conclue qu'ils sont tous présent dans le xylème secondaire en formation (cambium). Néanmoins, un gène se distingue des autres : PtHB-5, qui présente le patron d'expression le plus spécifique au cambium. Finalement, la surexpression du gène PtHB-1 chez des peupliers transgéniques a mit en évidence son implication dans la formation du xylème primaire, par contre cette expérience ne nous a pas permis de conclure à propos de son implication potentielle dans le xylème secondaire.

Les facteurs de transcription sont des protéines spécialisées qui jouent un rôle important dans différents processus biologiques tel que la différenciation, le cycle cellulaire et la tumorigenèse. Ils régulent la transcription des gènes en se fixant sur des séquences d’ADN spécifiques (éléments cis-régulateurs). L’identification de ces éléments est une étape cruciale dans la compréhension des réseaux de régulation des gènes. Avec l’avènement des technologies de séquençage à haut débit, l’identification de tout les éléments fonctionnels dans les génomes, incluant gènes et éléments cis-régulateurs a connu une avancée considérable. Alors qu’on est arrivé à estimer le nombre de gènes chez différentes espèces, l’information sur les éléments qui contrôlent et orchestrent la régulation de ces gènes est encore mal définie. Grace aux techniques de ChIP-chip et de ChIP-séquençage il est possible d’identifier toutes les régions du génome qui sont liées par un facteur de transcription d’intérêt. Plusieurs approches computationnelles ont été développées pour prédire les sites fixés par les facteurs de transcription. Ces approches sont classées en deux catégories principales: les algorithmes énumératifs et probabilistes. Toutefois, plusieurs études ont montré que ces approches génèrent des taux élevés de faux négatifs et de faux positifs ce qui rend difficile l’interprétation des résultats et par conséquent leur validation expérimentale. Dans cette thèse, nous avons ciblé deux objectifs. Le premier objectif a été de développer une nouvelle approche pour la découverte des sites de fixation des facteurs de transcription à l’ADN (SAMD-ChIP) adaptée aux données de ChIP-chip et de ChIP-séquençage. Notre approche implémente un algorithme hybride qui combine les deux stratégies énumérative et probabiliste, afin d’exploiter les performances de chacune d’entre elles. Notre approche a montré ses performances, comparée aux outils de découvertes de motifs existants sur des jeux de données simulées et des jeux de données de ChIP-chip et de ChIP-séquençage. SAMD-ChIP présente aussi l’avantage d’exploiter les propriétés de distributions des sites liés par les facteurs de transcription autour du centre des régions liées afin de limiter la prédiction aux motifs qui sont enrichis dans une fenêtre de longueur fixe autour du centre de ces régions. Les facteurs de transcription agissent rarement seuls. Ils forment souvent des complexes pour interagir avec l’ADN pour réguler leurs gènes cibles. Ces interactions impliquent des facteurs de transcription dont les sites de fixation à l’ADN sont localisés proches les uns des autres ou bien médier par des boucles de chromatine. Notre deuxième objectif a été d’exploiter la proximité spatiale des sites liés par les facteurs de transcription dans les régions de ChIP-chip et de ChIP-séquençage pour développer une approche pour la prédiction des motifs composites (motifs composés par deux sites et séparés par un espacement de taille fixe). Nous avons testé ce module pour prédire la co-localisation entre les deux demi-sites ERE qui forment le site ERE, lié par le récepteur des œstrogènes ERα. Ce module a été incorporé à notre outil de découverte de motifs SAMD-ChIP. / Transcription factors (TF) play important roles in various biological processes such as differentiation, cell cycle progression and tumorigenesis. They regulate gene expression by binding to specific DNA sequences (TFBS). Identifying these cis-regulatory elements is a crucial step to understand gene regulatory networks. Technological developments have enhanced DNA sequencing at genomic scale. On the basis of the resulting sequences, computational biologists now attempt to localize the most important functional regions, starting with genes, but also importantly the whole genome characterization of transcription factor binding sites and allow the development of several computational DNA motif discovery tools. Although these various tools are widely used and have been successful at discovering novel motifs, they are not adapted to ChIP-chip and ChIP-sequencing data. The main drawback of these approaches is that most of the predicted motifs represent artifacts due to an inefficient assessment of their enrichment. This thesis is about transcription factor proteins and statistical analysis of their binding sites in ChIP-chip and ChIP-sequencing data. The first objective was to develop a new do novo DNA motif discovery tool adapted to ChIP-chip and ChIP-sequencing data. SAMD-ChIP combines enumerative and stochastic strategies to predict enriched motifs in the vicinity of the ChIP peak summits. Our approach is an automated pipeline that includes motif discovery, motif clustering, motif optimization and finally motif identification using transcription factor (TF) databases. SAMD-ChIP outperforms state-of-the-art motif discovery tools in term of the number of predicted motifs and the prediction of rare and degenerate motifs. In particular, SAMD-ChIP efficiently identifies gapped motifs such as inverted or direct repeats bound by nuclear receptors and composite motifs resulting from the association of different single TF binding sites. The underlying assumption of the second objective is that in regulatory regions, binding sites of interacting transcription factors co-occur more often than expected by chance in the vicinity of the ChIP-peak summits. We proposed an approach to predict transcription factor binding sites co-localization based on the prediction of single motifs by do novo motif discovery tools or by using TFBS models from TF data bases.

No description available.