L'axe hypothalamo-hypophyso-surrénalien (HPA) permet de maintenir l'homéostasie de l'organisme face à divers stress. Qu'ils soient de nature psychologique, physique ou inflammatoire/infectieux, les stress provoquent la synthèse et la libération de CRH par l'hypothalamus. Les cellules corticotropes hypophysaires perçoivent ce signal et en réaction, produisent et sécrètent l'ACTH. Ceci induit la synthèse des glucocorticoïdes (Gc) par le cortex surrénalien; ces stéroïdes mettent le système métabolique en état d’alerte pour la réponse au stress et à l’agression. Les Gc ont le rôle essentiel de contrôler les défenses de l'organisme, en plus d'exercer une rétro-inhibition sur l'axe HPA. L'ACTH est une petite hormone peptidique produite par le clivage d'un précurseur: la pro-opiomélanocortine (POMC). À cause de sa position critique dans la normalisation de l'homéostasie, le contrôle transcriptionnel du gène Pomc a fait l'objet d'études approfondies au cours des dernières décennies. Nous savons maintenant que la région promotrice du gène Pomc permet une expression ciblée dans les cellules POMC hypophysaires. L'étude du locus Pomc par des technologies génomiques m'a permis de découvrir un nouvel élément de régulation qui est conservé à travers l'évolution des mammifères. La caractérisation de cet enhancer a démontré qu'il dirige une expression restreinte à l'hypophyse, et plus particulièrement dans les cellules corticotropes. De façon intéressante, l'activité de cet élément dépend d'un nouveau site de liaison recrutant un homodimère du facteur de transcription Tpit, dont l'expression est également limitée aux cellules POMC de l'hypophyse. La découverte de cet enhancer ajoute une toute nouvelle dimension à la régulation de l'expression de POMC. Les cytokines pro-inflammatoires IL6/LIF et les Gc sont connus pour leur antagonisme sur la réaction inflammatoire et sur le promoteur Pomc via l'action des facteurs de transcription Stat3 et GR respectivement. L'analyse génomique des sites liés ii par ces deux facteurs nous a révélé une interrelation complexe et a permis de définir un code transcriptionnel entre ces voies de signalisation. En plus de leur action par interaction directe avec l’ADN au niveau des séquences régulatrices, ces facteurs interagissent directement entre eux avec des résultats transcriptionnels différents. Ainsi, le recrutement de GR par contact protéine:protéine (tethering) sur Stat3 étant lié à l'ADN provoque un antagonisme transcriptionnel. Inversement, le tethering de Stat3 sur GR supporte une action synergique, tout comme leur co-recrutement à l'ADN sur des sites contigus ou composites. Lors d'une activation soutenue, ce synergisme entre les voies IL6/LIF et Gc induit une réponse innée de défense cellulaire. Ainsi lors d'un stress majeur, ce mécanisme de défense est mis en branle dans toutes les cellules et tissus. En somme, les travaux présentés dans cette thèse définissent les mécanismes transcriptionnels engagés dans le combat de l'organisme contre les stress. Plus particulièrement, ces mécanismes ont été décrits au niveau de la réponse globale des corticotropes et du gène Pomc. Il est essentiel pour l'organisme d'induire adéquatement ces mécanismes afin de faire face aux stress et d'éviter des dérèglements comme les maladies inflammatoires et métaboliques. / The hypothalamo-pituitary-adrenal (HPA) axis regulates homeostasis in various conditions of stress contributing to both the stress response and its termination. Psychological, physical or inflammatory/infectious stresses all prompt the synthesis and secretion of hypothalamic CRH. The pituitary corticotrope cells receive this signal and in turn, secrete ACTH which triggers the synthesis of glucocorticoids (Gc) by the adrenal cortex; these steroids induce a general state of alertness in order to fight or flight aggressions and stresses. Glucocorticoids have the critical role to restrict the stress response by exerting a negative feedback on the HPA axis. ACTH is a small peptidic hormone produced after cleavage of a precursor protein: pro-opiomelanocortin (POMC). Due to its critical role in homeostasis, transcriptional control of the Pomc gene has been intensely studied during the last decades. Previous investigations identified a promoter region that is sufficient for expression of Pomc in the appropriate pituitary cells. Genome-wide studies of the Pomc locus led me to discover a novel regulatory element that is conserved throughout mammalian evolution. The activity of this enhancer is restricted to the pituitary, and more precisely to the corticotrope lineage. Interestingly, its activity depends on a novel transcription factor binding motif that binds homodimers of Tpit, a transcription factor that is only found in pituitary POMC cells. The discovery of this enhancer adds a new dimension in the control of pituitary Pomc expression. The IL6/LIF pro-inflammatory cytokines and the glucocorticoids are well known for their antagonism in control of the inflammatory response; at the Pomc promoter, their action is mediated by the transcription factors Stat3 and GR, respectively. The analysis of genomic sites bound by these two factors revealed a complex relationship and led us to define a transcription regulatory code linking these signalling pathways. In addition to their direct DNA interaction with cognate regulatory sequences, these factors iv interact with each other with different outcomes. Thus, the recruitment of GR on DNAbound Stat3 through protein:protein contacts (tethering) results in transcriptional antagonism. Conversely, Stat3 tethering to GR produces synergism; this is also the case when the two factors are co-recruited to DNA on contiguous or composite binding sites. Prolonged activation of the IL6/LIF and Gc pathways elicits a synergistic innate cell defense response in all cells and tissues. In summary, this doctoral work has defined transcriptional mechanisms that mediate and control the stress response. In particular, pituitary components of the stress response were defined at the level of the Pomc gene and as a global response of corticotrope cells. This response is critical for appropriate organism defense during stresses such as those produced in inflammatory and metabolic diseases.

Les cellules folliculo-stéllaires (FS) de l'hypophyse antérieure possèdent une forme étoilée et étendent de longues projections cytoplasmiques qui forment des pseudo-follicules entourant les cellules endocrines. Les cellules FS sont connectées entre elles par des jonctions lacunaires (des fois aussi connu sous le nom de jonction communicante) formant ainsi un réseau tridimensionnel continu. Un des rôles principaux des cellules FS est le maintien du microenvironnement de l'hypophyse antérieure, une activité qui est en partie réalisée par la sécrétion de divers facteurs de croissance et de cytokines. Ces messagers chimiques, y compris le bFGF, le VEGF, l’IL-6 et l’IL-1 contrôlent de nombreux processus cellulaires tels que l’expression des gènes d’hormones. Notre intérêt est de déterminer si la communication entre les cellules FS contribue à leur activité régulatrice. Dans notre étude, nous avons utilisé la lignée cellulaire TtT/GF qui partage de nombreuses caractéristiques morphologiques, physiologiques et biochimiques avec les cellules FS. Les jonctions lacunaires/communicantes sont formées par l’association de deux connexons de cellules adjacentes qui unissent le cytoplasme des cellules connectées et permet la diffusion de petites molécules. Chaque connexon est formé par l’oligomérisation de six protéines connexine (Cx) de la famille α, β ou γ. Les connexons, intégrés dans la membrane d’une vésicule du cytoplasme, se migrent vers la membrane cellulaire où ils s’incorporent dans la couche bilipidique. L’expression de la Cx43 (α) par les cellules FS est régulée en réponse à des facteurs de croissance et des cytokines. Des changements dans le microenvironnement de l'hypophyse antérieure causés par des molécules de signalisation sont susceptibles de modifier la Cx43, en particulier l’état de phosphorylation de la protéine. Ces modifications de la Cx43 peuvent ensuite déclencher des changements du comportement de jonctions lacunaires/communicantes formées par la Cx43, comme leur perméabilité et le renouvellement de la protéine Cx43. Les tissus expriment généralement plus d’un type de connexine. Jusqu’aujourd’hui, la Cx43 est la seule connexine à avoir été identifiée dans les cellules FS. Le cristallin exprime les connexines α: Cx43, Cx46 et Cx50. Leur expression est modulée par des facteurs de croissance. Notre hypothèse de travail a été de vérifier si la Cx46 et la Cx50 étaient exprimées par les cellules FS et si celles-ci contribuaient au rôle modulateur des cellules FS hypophysaires. Dans cette étude, nous avons identifié et caractérisé la Cx46 et la Cx50 dans la lignée cellulaire TtT/GF. Nous avons identifié les produits de transcription de Cx46 et de Cx50 par la technique d’analyse northern blot (PCR). Par la suite, les protéines Cx46 et Cx50 ont été identifiées en utilisant des anticorps dans des analyses western blot. Par microscopie confocale, nous avons déterminé la co-localisation de la Cx46 avec certaines marqueurs d’organites : réseau trans-Golgien, endosomes précoces et lysosomes. La Cx50 co-localise avec des marqueurs du réticulum endoplasmique, du réseau cis-Golgien et des endosomes précoces. Un protocole d’isolation des membranes résistantes aux détergents non-ionique a révélé que la Cx46 et la Cx50 n’étaient pas associées à des radeaux lipidiques ni aux cavéoles. Cependant, la microscopie confocale a montré une co-localisation cytoplasmique de la Cx50 et de la flotilline-1. Nous avons poursuivi l’étude sur la localisation de la Cx46 dans le noyau en utilisant une technique d’isolation des fractions enrichies en noyau. Nous avons établi que plusieurs isoformes de la Cx46 sont exclusivement associées au noyau. De plus, avec la microscopie confocale nous avons démontrée une co-localisation de la Cx46 avec un marqueur du nucléole/corps de Cajal. Nous avons démontré un effet du bFGF sur l'expression temporelle de la Cx46 et de la Cx50. L’expression de la Cx46 diminue au cours de longues expositions au bFGF tandis que les niveaux de Cx50 augmentent de façon transitoire au cours du traitement. Dans une autre étude nous avons démontré des changements importants dans les niveaux de la Cx46 et de la Cx50 dans l’hypophyse antérieure des visons durant le cycle de reproduction annuel. Notre étude démontre que les cellules FS expriment la Cx46 et la Cx50. Nous avons aussi établi que la Cx46 et la Cx50 sont localisées dans différentes structures sous-cellulaires, ce qui suggère des rôles différents dans les cellules FS pour ces protéines de jonction lacunaire/communicante. Il est possible que la Cx46 et la Cx50 ne jouent pas un rôle majeur dans la communication intercellulaire dans les cellules FS quiescentes. Nos résultats suggèrent que la Cx46 et la Cx50 peuvent avoir d'autres fonctions : des isoformes de la Cx46 peuvent contribuer à la biogenèse des ribosomes tandis que la Cx50 pourrait avoir un rôle dans la communication dans les cellules stimulées au bFGF. Nos études établissent une base pour des recherches futures. / The folliculo-stellate (FS) cells of the anterior pituitary are star-shaped and extend long cytoplasmic processes forming pseudo-follicles encircling hormone-secreting cells. Dispersed throughout the anterior pituitary gland, FS cells are joined to form a continuous three dimensional network through communicating gap junctions. One of the primary roles of FS cells is the maintenance of the anterior pituitary microenvironment, accomplished through the expression and secretion of various growth factors and cytokines. These chemical messengers, including bFGF, VEGF, IL-6 and IL-1 mediate a range of cellular processes such as hormone gene expression. Our aim is to study whether intercellular communication among FS cells contributes to the modulatory activity of the FS cells within the anterior pituitary gland. To pursue this, we use the TtT/GF cell line that shares many morphological, physiological and biochemical characteristics with FS cells. Gap junctions are formed by the joining of two connexons/hemichanels from adjacent cells that link their cytoplasms allowing for the passive diffusion of small molecules. Connexons/hemichannels are themselves formed by the oligomerization of six connexin (Cx) proteins from the family α, β or γ, which then migrate into the lipid bilayer of the cell membrane. FS cells express Cx43 (α-connexin), which is regulated in response to growth factors and cytokines. Changes in the anterior pituitary microenvironment due to signaling molecules results in modifications to Cx43, particularly in the phosphorylation status of the protein. Such alterations yield alterations in the physiological behaviour of Cx43 gap junctions such as permeability and turnover. Tissues generally express more than one connexin type and to date, Cx43 has been the sole connexin to be identified in FS cells. The ocular lens expresses the α-connexins: Cx43, Cx46 and Cx50, which are modulated by growth factors that are also present in the anterior pituitary. Based on these facts, we hypothesize that Cx46 and Cx50 are also expressed by the FS cells and contribute to the FS modulatory role in the anterior pituitary gland. In the present study, we have identified and characterized Cx46 and Cx50 in the TtT/GF cell line. We identified Cx46 and Cx50 transcripts through northern blots and identified the corresponding protein products using antibodies and western blot analyses. Through confocal microscopy, we determined that Cx46 co-localized with the organelle markers: trans-Golgi, early endosomes and lysosomes. Cx50 co-localized with markers for the ER, cis-Golgi and early endosomes. An isolation procedure using a non-ionic detergent we showed that neither Cx46 nor Cx50 were associated to lipid rafts or caveolae. However, confocal microscopy showed a cytoplasmic co-localization between Cx50 and flotillin-1. We pursued a finding that localized Cx46 to the nucleus and using a nuclear isolation technique, demonstrated that several isoforms of Cx46 are exclusively located in the nuclear compartment. Furthermore, with confocal microscopy we found a co-localization of Cx46 with a nucleolus/coiled body marker. We demonstrated an effect of bFGF on the temporal expression patterns of Cx46 and Cx50 and showed that Cx46 levels decreased over longer exposures to the growth factor while Cx50 levels transiently increased. Lastly, drastic changes were noted in an in situ study of Cx46 and Cx50 in the male and female mink anterior pituitary during the annual reproductive cycle. Our study indicates that addition to Cx43, FS cells also express Cx46 and Cx50. We also demonstrated that Cx46 and Cx50 localize to different sub-cellular structures, suggesting different roles in the FS cells. While they may not play a major role in intercellular communication in quiescent FS cells, our results suggest that Cx46 and Cx50 may serve other functions: Cx46 isoforms may contribute to ribosome biogenesis and Cx50 may have communication-related responsibilities in stimulated cells. Importantly, our identification and characterization studies provide a foundation on which future studies can be built.

Les adénomes hypophysaires sont les tumeurs intracérébrales les plus fréquentes. Les adénomes somatotropes hypersécrètent l’hormone de croissance (GH) et sont traités classiquement par des analogues somatostatinergiques. Une petite moitié des patients acromégales est néanmoins résistante à ces traitements. L’on sait depuis, quelques années, que le récepteur de la ghréline possède une forte activité constitutive et joue un rôle majeur dans la sécrétion de GH. Cette activité constitutive est-elle impliquée dans la tumorigenèse des adénomes somatotropes ? Nos travaux ont montré un niveau de transcrits, codant pour le GHS-R, particulièrement élevé dans ces tumeurs, et l’immunocytochimie révèle un marquage punctiforme localisé à la membrane plasmique. La MSP (agoniste inverse du GHS-R) induit une diminution dose-dépendante de la sécrétion de GH des cultures primaires d’adénomes somatotropes. Cette efficacité de la MSP sur la sécrétion de l’hormone de croissance est particulièrement remarquable sur les patients résistants aux agonistes somatostatinergiques chez qui elle démontre une efficacité relative accrue. Des clones, surexprimant le GHS-R humain (lignées MYST-R), ont été générés à partir de lignées somato-lactotropes tumorales de rat (GH4C1). Sur ces cellules, le ligand endogène du GHS-R induit une augmentation d’IP3 intracellulaire. De façon originale, la MSP induit une diminution du niveau d’IP3 intracellulaire. L’inhibition de l’activité constitutive du GHS-R par un agoniste inverse, tel que la MSP, pourrait permettre de réprimer l’hypersécrétion de GH, faisant de cette molécule une alternative pharmacologique aux traitements actuels des adénomes somatotropes. / Pituitary tumors are most usual intracranial tumors. The somatotroph adenomas are characterised by a GH hypersecretion. The current treatments are based on somatostatinergic agonists. Unfortunately, there is steel 50% of patients, which remain insensitive to these treatments. The aim of our work was to find a pharmacological alternative to treat the patients resistant to the current therapies. Ghrelin stimulate pituitary GH release in vivo through GHS-R1a activation. Interestingly, this receptor transduces signal through an unusual high constitutive activity. Noteworthy, human somatotroph adenomas expressed a high level of GHS-R1a at both mRNA and protein level. We actually assess the implication of this constitutive activity in the tumorigenesis of the somatotroph adenomas. Firstly we demonstrated GHS-R1a functionality through its capacity to fixe endogenous ligand. Then we showed that treatment of human somatotroph adenomas primary cultures, with the GHS-R1a inverse agonist (MSP: Modified Substance P), induced a dose dependent decrease of GH secretion. To foremost investigate the transduction mechanisms underlying these results, we developed, from GH4C1 (rat somato-lactotroph tumoral cell line), stable monoclonal cell lines overexpressing human GHS-R1a (named MYST-Rg). Interestingly MYST-Rg cells exhibit relatively high basal activation of the IP3 pathway. GHS-R1a endogenous ligand (ghrelin) strengthens basal IP3 pathway activation of MYST-Rg cells. Noteworthy, the basal IP3 pathway activation can be lessened by MSP treatment. Thus, MSP could be a useful alternative to the current therapies of somatotroph adenomas.

Dans l’hypophyse, Pax7 spécifie l’état du lobe intermédiaire grâce à son action pionnière. Cette action implique dans un premier temps une liaison de cette protéine à certains sites d’hétérochromatine et, par la suite, le remodelage de cette hétérochromatine en euchromatine. Le remodelage de l’épigénome par Pax7 permet au facteur de transcription Tpit d’entrainer l’activation du transcriptome mélanotrope par opposition au destin hypophysaire corticotrope entraîné par Tpit en l’absence de Pax7. Pour étudier l’action pionnière de Pax7, différents membres du laboratoire Drouin ont utilisé un modèle de cellules corticotropes. L’expression ectopique du facteur pionnier Pax7 dans ces cellules permet leur transition d’un phénotype corticotrope à mélanotrope. En plus de l’isoforme prédominante de Pax7 exprimée dans hypophyse avec lequel les travaux de Budry et Mayran ont étaient faits, il existe trois autres isoformes de Pax7 qui diffèrent par quelques acides aminés (Q et GL) dans le domaine PAIRED liant l’ADN. Nous voulions savoir quels étaient les domaines protéiques de Pax7 impliqués pour son activité pionnière. Nous avons d’abord étudié les propriétés des différents isoformes naturelles de Pax7 présentant des variations dans le domaine PAIRED que ce soient pour leurs capacités de facteur transcription ou de facteur pionnier dans un modèle de cellules de corticotrope. Nous avons constaté que les quatre isoformes de Pax7, ainsi que Pax3, le facteur le plus homologue à Pax7 dans la famille Pax, présentent une capacité similaire à lier la chromatine fermée. Cependant, Pax3 et les isoformes de Pax7 (GL+) sont incapables d’ouvrir la chromatine sur un sous-groupe d’enhancers pionniers nécessaire à l’activation du transcriptome mélanotrope. Par la suite, par analyse structure-fonction, nous avons identifié une région de Pax7 importante pour sa liaison à soixante pour cent des sites présents dans l’hétérochromatine qui sont ciblés par l’action pionnière et une région importante pour l’ouverture de chromatine aux sites des pionniers sensibles à la variation GL. Collectivement, nos données ont montré que les acides aminés GL dans le domaine PAIRED en N-terminal et la partie C-terminale de la protéine Pax7 sont critiques pour l’ouverture de la chromatine à des enhancers spécifiques présents dans l’hétérochromatine dont l’activation est nécessaire au destin mélanotrope. D’autre part, les analyses de structure-fonctions nous ont permis d’identifier une région critique de Pax7 nécessaire à son interaction avec l’hétérochromatine sur ces même enhancers. / In the pituitary, Pax7 specifies the intermediate lobe state through a pioneer factor action that involves the binding of this protein to certain heterochromatin sites and, subsequently, the remodeling of this heterochromatin into euchromatin. Epigenome remodeling by Pax7 thus allows the transcription factor Tpit to determine the melanotrope fate as opposed to the corticotrope pituitary fate that is driven by Tpit in absence of Pax7. To study the pioneering action of Pax7, Budry et al, and Mayran et al, used a model of corticotrope cells which, following the expression of Pax7, transit from a corticotrope phenotype to melanotic phenotype thanks to its pioneering action. In addition to the predominant Pax7 isoform expressed in pituitary with which the work of Budry and Mayran were done, there are three other Pax7 isoforms that differ by a few amino acids (Q and GL) in the DNA-binding paired domain. We wanted to know what protein domains of Pax7 was involved in its pioneering activity. We have investigated the properties of the different Pax7 isoforms with respect to their transcriptional and pioneer capabilities in a model of corticotrope cells. We found that all four Pax7 isoforms together with the closely related factor Pax3, exhibit a similar ability to bind closed chromatin. However, Pax3 and the isoforms of Pax7 (GL+) failed to open the chromatin at a subset of enhancer necessary to activate the melanotrope transcriptome. In addition, we have identified by structure-function analysis a region of Pax7 that appears important for Pax7 binding at 60 percent of heterochromatin sites that are targeted for pioneering and one region important for chromatin opening to the pioneer sites GL-sensible. Collectively, our data suggest that the amino acids GL in the paired domain and the C-terminal part are critical for the chromatin opening to heterochromatin sites necessary to melanotrope transcriptome. On the other hand, structure-functions analyses allowed us to identify a critical region of Pax7 required for the interaction with heterochromatin on these same enhancers.

Background: Growth hormone (GH) has been used to treat children with GH deficiency (GHD) since 1966. Aims: Using a combined retrospective and cross-sectional approach, we explored the long-term outcomes of patients with GHD, analysed factors influencing therapeutic response, determined persistence into adulthood, investigated pituitary morphology, and screened for mutations in causative genes. Methods: The files of 96 GH-deficient children were reviewed. In a subset of 50 patients, re-assessment in adulthood was performed, including GHRH-arginine testing, pituitary magnetic resonance imaging (MRI), and mutational screening for the growth hormone-1 gene (GH1) and the GHRH receptor gene (GHRHR) in isolated GHD (IGHD), and HESX1 , PROP1 , POU1F1 , LHX3 , LHX4 , and GLI2 in multiple pituitary hormone deficiency (MPHD) patients. Results: GH was started at a height SDS of –3.2 ± 1.4 in IGHD patients and of –4.1 ± 2.1 in MPHD patients. Relative height gain was 0.3 SDS/year, absolute gain 1.6 SDS, and 1.2/2.6 SDS in IGHD/MPHD, respectively. Mid-parental target height was reached in 77%. Initial height SDS, bone age retardation and duration of GH replacement were correlated with height SDS gain. GHD persisted into adulthood in 19 and 89% of subjects with IGHD and MPHD, respectively. In 1/42 IGHD patients a GH1 mutation was detected; PROP1 mutations were found in 3/7 MPHD subjects. Anterior pituitary hypoplasia, combined with posterior pituitary ectopy and pituitary stalk invisibility on MRI, was an exclusive finding in MPHD patients. Conclusions: GH replacement successfully corrects the growth deficit in children with GHD. While the genetic aetiology remains undefined in most cases of IGHD, PROP1 mutations constitute a major cause for MPHD. Persistence of GHD into adulthood is related to abnormal pituitary morphology.

Durant le développement embryonnaire, une seule cellule, le zygote, est à l’origine de la formation de tous les types de cellules de l’organisme. L’information génétique nécessaire au destin d’une cellule y est gardé dans la chromatine condensée, d’abord inaccessible, et se déploie progressivement au moment opportun de la différenciation cellulaire grâce à des facteurs pionniers. Les facteurs de transcription pionniers sont des acteurs clés des cascades génétiques et épigénétiques déterminant le destin cellulaire. Les facteurs pionniers ont la propriété unique de reconnaître leurs cibles dans la chromatine fermée. Leur action permet d’augmenter l’accessibilité à un répertoire d’enhancers spécifique à un destin cellulaire, ouvrant la voie aux autres facteurs de transcription. Les aspects entourant la reconnaissance initiale des facteurs pionniers à leurs cibles dans la chromatine fermée sont mal compris. Dans l’hypophyse, le facteur pionnier Pax7 est spécifique aux cellules du lobe intermédiaire et met en place le programme génétique mélanotrope. Pour se faire, Pax7 repère les régions régulatrices clé de l’identité mélanotrope dans la chromatine fermée, afin d’accroître l’accessibilité à l’ADN permettant la liaison d’autres facteurs non-pionniers. Pax7 possède deux domaines de liaison à l’ADN, le domaine paired (PD) et l’homéodomaine (HD), chacun liant un motif de séquence caractéristique. De plus, une séquence cible composite, formé de la juxtaposition des motifs reconnus par PD et HD, est enrichie aux sites pionniers de Pax7. Dans le but de définir les propriétés de liaison à l’ADN de Pax7, nous avons caractérisé les interactions de Pax7 avec ses différentes séquences cibles. Nous avons démontré par des expériences de liaison à l’ADN in vitro (retard sur gel) que l’interaction de Pax7 avec le motif composite est d’affinité supérieure et sous forme de monomère où le PD est principalement impliqué. Comme les sites cibles de Pax7 dans l’hétérochromatine sont marqués par la méthylation de l’ADN, nous avons montré que la méthylcytosine dans le motif de liaison n’interfère pas avec la liaison à l’ADN par Pax7. De plus, des mutations ponctuelles aux domaines de liaison à l’ADN de Pax7 ont montré que les deux domaines de liaison à l’ADN sont nécessaires pour le recrutement aux sites dans la chromatine fermée, a fortiori pour l’ouverture de la chromatine. Des études antérieures ayant identifié des transcrits alternatifs de Pax7, nous avons étudié l’impact fonctionnel des variants Pax7. Les quatre isoformes Pax7 comportent des résidus d’acides aminés alternatifs au niveau du PD : elles ont des propriétés de liaison à l’ADN in vitro ainsi qu’un potentiel de transactivation très similaires. Bien que les isoformes de Pax7 aient des activités pionnières variables, leur action différentielle n’est pas dû à leurs propriétés intrinsèques de liaison à l’ADN ou de transactivation. Nos travaux ont identifié les particularités de Pax7 par rapport à d’autres facteurs pionniers dans les mécanismes de reconnaissance des sites dans l’hétérochromatine. Ainsi, les enhancers sujet à l’action pionnière de Pax7 contiennent typiquement plus de motifs cibles que les cibles d’action transcriptionnelle et l’action pionnière de Pax7 un recrutement fort aux sites pionniers ; de plus, les deux domaines de liaison à l’ADN intacts sont essentiels pour ce recrutement et l’action pionnière. Nos travaux ont défini les paramètres requis pour le reprogrammage cellulaire par un pionnier, Pax7, tout particulièrement en regard des sites de recrutement dans la chromatine fermée. La reprogrammation de cellules souches pour la production de cellules différenciées présente un potentiel thérapeutique unique en médecine régénérative et nos travaux supportent le rôle critique des pionniers dans ce contexte. / During embryonic development, a single cell, the zygote, is responsible for the formation of all cell types in the body. The genetic information necessary for cell fates is stored there in condensed chromatin, initially inaccessible, and is gradually deployed at the opportune moment of cell differentiation by the pioneer factors. Pioneer transcription factors are key determinants in the genetic and epigenetic cascades leading to cell fate. Pioneer factors have the unique property of recognizing their DNA targets in closed chromatin. Their action provides accessibility to a repertoire of enhancers specific to a cell fate, opening the way for other transcription factors. We poorly understand initial recognition of pioneer factors at their targets in closed chromatin. In the pituitary gland, the pioneer factor Pax7 is specific to the intermediate lobe and implements the melanotrope genetic program. To do so, Pax7 identifies key regulatory regions of melanotrope identity in closed chromatin to provide DNA accessibility allowing the binding of other non-pioneer factors. Pax7 has two DNA binding domains (DBD), the paired domain (PD) and the homeodomain (HD), each binding a characteristic sequence motif. In addition, a composite target sequence, formed from the juxtaposition of PD and HD motifs, is enriched at the pioneer sites of Pax7. In order to define the DNA binding properties of the pioneer factor Pax7, we characterized the interactions of Pax7 with its different target sequences. We have demonstrated by in vitro DNA binding experiments (gel shift) that the interaction of Pax7 with the composite motif is of higher affinity and as a monomeric form in which the PD is primarily involved. As Pax7 target sites in heterochromatin are marked by DNA methylation, we showed that methylcytosine within the binding motif does not interfere with Pax7 DNA binding. Using point mutations in the Pax7 DBDs, we showed that both DBDs are required for the recruitment to sites in closed chromatin, furthermore for chromatin opening. Since previous studies identified alternative Pax7 transcripts, we investigated the functional impact of Pax7 variants. The four Pax7 isoforms contain alternative amino acid residues in the PD: they have similar in vitro DNA binding properties and transactivation potential. Although Pax7 isoforms have varying pioneering activities, their differential action is not due to their intrinsic DNA-binding or transactivation properties. Our work has identified the particularities of Pax7 compared to other pioneering factors in the mechanisms of site recognition in heterochromatin. Thus, the enhancers subject to the pioneer action of Pax7 typically contain more target motifs than the targets of transcriptional action and the pioneer action of Pax7 a strong recruitment to the pioneer sites; moreover, the two intact DNA-binding domains are essential for this recruitment and pioneering action. Our work has defined the parameters required for cellular reprogramming by a pioneer, Pax7, particularly with regard to recruitment to sites in closed chromatin. The reprogramming of stem cells for the production of differentiated cells has unique therapeutic potential in regenerative medicine and our work supports the critical role of pioneers in this context.

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