Les profils de méthylation de l’ADN sont des marques épigénétiques essentielles contrôlant l'expression génétique spécifique des tissus. Ces profils sont fidèlement reproduits par l’enzyme DNMT1 qui est dirigée par la protéine UHRF1 vers les sites CpG hémiméthylés (HM). La spécificité élevée d’UHRF1 vis-à-vis de ces sites CpG HM est liée à la capacité de son domaine SRA de basculer sélectivement les résidus méthylcytosine (mC). Par conséquent, la compréhension de la capacité d’UHRF1 à lire les séquences d'ADN et de basculer leurs résidus mC est une question importante en épigénétique moléculaire. Dans le présent travail, nous avons utilisé des analogues de nucléobases sensibles à l'environnement pour étudier le basculement de base induit par SRA. Nous avons découvert qu’un étiquetage par la 2-thiényl-3-hydroxychromone (3HCnt) à proximité de la cible CpG méthylée, permet le suivi de ce basculement SRA-induit de mC et de sa dynamique. Les spectroscopies de fluorescence à l'état stationnaire et de "stopped flow" ont montré des différences significatives entre les ADNs HM et non méthylé (NM) vis-à-vis de la reconnaissance et la cinétique de liaison du SRA. Effet, nous avons montré que SRA est capable de se lier et de glisser avec une cinétique rapide sur le duplex NM, en accord avec le rôle de lecteur d’UHRF1. Par contre, la cinétique de basculement de mC s’avère beaucoup plus lente, ce qui augmente sensiblement la durée de vie d’UHRF1 lié à un site CpG hémi-méthylé et donc la probabilité de recruter DNMT1 afin de dupliquer fidèlement le profil de méthylation de l’ADN. Nous avons ainsi obtenu pour la première fois un test capable de suivre le basculement de la base induit par UHRF1, ce qui nous a permis de proposer un mécanisme pour le recrutement de DNMT1 par UHRF1 sur les sites HM. / DNA methylation patterns are key epigenetic marks which control tissue specific gene expression. These patterns are faithfully replicated by the DNMT1 enzyme which is directed by the UHRF1 protein to hemi-methylated (HM) CpG sites. The high specificity of UHRF1 to HM CpG sites is related to the ability of its SRA domain to selectively flip methylcytosine (mC) residues. Therefore, the understanding of how UHRF1 reads DNA sequences and flips mC residues is an important question in molecular epigenetics. In the present work, we apply environment-sensitive nucleobase analogues to study the SRA-induced base flipping. We found that only labelling by 2-thienyl-3-hydroxychromone (3HCnt) outside but close to the target methylated CpG allows monitoring the SRA-induced mC-flipping and its dynamics. Fluorescence steady-state spectroscopy and stopped flow measurements showed significant differences in the recognition and binding kinetics of SRA for HM and non-methylated (NM) DNA. Indeed, SRA was found to bind and slide with fast kinetics on NM duplexes, in line with the reader role of UHRF1. In contrast, the kinetics of mC flipping was found to be much slower, substantially increasing the lifetime of UHRF1 bound to a CpG site in HM duplexes and thus, the probability of recruiting DNMT1 in order to faithfully duplicate the DNA methylation profile. Therefore, we proposed for the first time an assay able to sensitively monitor the UHRF1-induced base flipping, which helped us to provide a possible mechanism for the UHRF1 directing function on DNMT1.

L'hormone thyroïdienne (T3) contrôle à la fois les processus développementaux et physiologiques. Elle agit via les récepteurs de l'hormone thyroïdienne (TR), membres de la famille des récepteurs hormonaux nucléaires. Ils agissent comme des facteurs de transcription dépendants du ligand. La méthylation de l'ADN en position 5 de la cytosine est une modification épigénétique importante qui affecte la structure de la chromatine et l'expression des gènes. Des études récentes ont établi un rôle important des protéines de la famille TET (Ten-eleven translocation) dans la régulation de la dynamique de la méthylation de l'ADN. Elles convertissent la 5-méthyl-cytosine (5mC) en 5-hydroxyméthylcytosine (5hmC). D’autres études ont démontré que les protéines TET (TET1, TET2 et TET3) possèdent des fonctions de régulation transcriptionnelle dépendantes et indépendantes de leur activité catalytique. Notre étude a identifié TET3 comme une nouvelle protéine interagissant avec TR. Le domaine AF2 de TR ainsi que le domaine catalytique et le domaine CXXC de TET3 sont responsables de cette interaction. Celle-ci permet la stabilisation de TR lié à la chromatine, entraînant une potentialisation de son activité transcriptionnelle. L'effet de modulation de TET3 sur TR présenté ici est indépendant de son activité hydroxylase de TET3. Ainsi, cette étude met en évidence un nouveau mode d'action de TET3 en tant que régulateur non classique de TR, modulant sa stabilité et son accès à la chromatine plutôt que son activité de transcription intrinsèque. Des mutations du gène codant pour TRα provoquent le symptôme RTHα dont la gravité varie en fonction de la mutation. Les différentes capacités d’interaction des mutants TRα, pertinents pour la maladie de RTHα humaine, avec TET3 pourraient expliquer les différences d’effet dominant négatif. La fonction de régulation de TET3 pourrait s’appliquer plus généralement aux facteurs de transcription des récepteurs nucléaires, car différents membres de la superfamille des récepteurs nucléaires présentent la même interaction avec TET3, tels que AR (récepteur des androgènes), ERR (récepteur des œstrogènes) et RAR (récepteur de l'acide rétinoïque). L'interaction entre TET3 et RAR implique le domaine de liaison ADN de RAR. La pertinence fonctionnelle de l'interaction TET3 / RAR a été étudiée plus en détail dans les cellules souches embryonnaire (cellules ES). L’absence combinée des trois TET a entraîné la diminution de 5hmC et la dérégulation des gènes impliqués dans la différenciation des cellules ES. Parmi les gènes dérégulés, nous avons identifié un sous-ensemble de gènes cibles de l’acide rétinoïque, suggérant que les RAR (récepteurs d'acide rétinoïque) et les TET pourraient travailler ensemble pour réguler la différenciation des cellules ES. Une étude supplémentaire a révélé que les protéines TET peuvent jouer un rôle dans la facilitation du recrutement de RAR aux régions promotrices de ses gènes cibles. En outre, nos résultats montrent un rôle potentiel de l'activité hydroxylase des protéines TET dans la modulation de l'activité transcriptionnelle des RAR. En conclusion, notre travail a identifié les protéines TET comme nouveaux régulateurs des récepteurs nucléaires. Les mécanismes exacts impliqués doivent être étudiés plus avant. / Thyroid hormone (T3) controls both developmental and physiological processes. Its nuclear receptors, thyroid hormone receptors (TRs), are members of the nuclear hormone receptor family which act as ligand-dependent transcription factors. DNA methylation at the fifth position of cytosine is an important epigenetic modification that affects chromatin structure and gene expression. Recent studies have established a critical function of the Ten-eleven translocation (TET) family proteins in regulating DNA methylation dynamics by converting 5-methyl-cytosine (5mC) into 5-hydroxymethylcytosine (5hmC). Studies demonstrated that TETs proteins (including TET1, TET2 and TET3) possess catalytic activity dependent and independent transcriptional regulatory functions. Our study identified TET3 as a new TR interacting protein. The AF2 domain of TR and the catalytic domain and CXXC domain of TET3 are responsible for their interaction. This interaction allows the stabilization of chromatin bound TR, resulting in a potentiation of its transcriptional activity. The modulation effect of TET3 on TR presented here is independent of its hydroxylase activity. Thus this study evidences a new mode of action for TET3 as a non-classical regulator of TR, modulating its stability and access to chromatin rather that its intrinsic transcriptional activity. Mutations in TR cause the RTH symptom which severity varies with the particular mutation. The differential ability of different TRα mutants, relevant for the human RTHα disease, to interact with TET3 might explain their differential dominant negative activity. The regulatory function of TET3 might be more general towards the nuclear receptor transcriptional factors since different members of the superfamily present the same interaction with TET3, such as AR (androgen receptor), ERR (Estrogen-related receptor) and RAR (retinoic acid receptor). The interaction between TET3 and RAR involves the DNA binding domain of RAR. The functional relevance of TET3/RAR interaction was further studied in ES cells. Combined deficiency of all three TETs led to depletion of 5hmC and deregulation of genes involved in ES differentiation. Among the deregulated genes, a subset of RA response genes was identified, suggesting that RARs (retinoic acid receptors) and TETs might work together to regulate ES cell differentiation. Further dissection revealed that TET proteins may have a role in facilitating RAR recruitment to the promoter regions of these RAR target genes. Moreover, our results indicated a potential role of the hydroxylase activity of TET proteins in modulating RAR transcriptional activity. Altogether, our work identified TET proteins as new regulators of NR (Nuclear Receptors). The exact mechanisms involved need to be further studied.