Dans le noyau des cellules eucaryotes, l'ADN est compacté sous forme de chromosome, ultime forme de compaction. La chromatine est le second niveau d'organisation de l'ADN. C'est une structure variable et dynamique elle-même issue de la compaction de chapelets de nucléosomes. Le nucléosome est donc l'unité de base de la chromatine. Cette structure nucléoprotéique sert de barrière empêchant l'accès de complexes protéiques à l'ADN. Différents facteurs protéiques remodèlent la chromatine, modifient les histones de manière covalente, remplacent les histones canoniques par des variants d'histones ou participent à l'assemblage des nucléosomes. Lors de ce travail de thèse, nous avons travaillé sur deux variants : macroH2A et H2A.Bbd. Ces variants s'incorporent dans une particule nucléosomale et remplacent l'histone canonique H2A. Leur présence crée un nucléosome possédant une structure, une organisation et des caractéristiques particulières. Ainsi la présence de l'un ou l'autre de ces deux variants au sein d'une particule nucléosomale inhibent l'action des facteurs de remodelage SWI/SNF et ACF. Par contre, le variant H2A.Bbd permet de dissocier les différents mécanismes d'action du complexe SWI/SNF. Des expériences de transcription in vitro nous permettent de montrer que le variant macroH2A inhibe la transcription grâce à son domaine macro tandis que le variant H2A.Bbd active la transcription. De la même façon nous montrons que la présence de macroH2A inhibe l'acétylation des histones alors que H2A.Bbd stimule ce phénomène. Le variant H2A.Bbd est associé à des zones actives en transcription, le variant macroH2A à des zones inactives en transcription.

Les eucaryotes expriment des variants d'histones non-alléliques en faible quantité en plus des histones conventionnels. De récentes données ont montré que ces variants d'histones sont impliqués dans de nombreuses fonctions cellulaires dont la réparation de l'ADN, la ségrégation des chromosomes ou encore le contrôle de la transcription. L'objectif de cette étude est d'améliorer la compréhension du rôle biologique des variants d'histones. Les travaux rapportés dans ce manuscrit abordent plus spécifiquement la fonction de deux variants: H2BFWT, qui joue un rôle dans la spermatogenèse chez l'homme; et macroH2A1 qui semble impliqué dans la répression transcriptionnelle.<br />Nous avons montré que malgré sa grande divergence avec H2B, l'incorporation de H2BFWT ne modifie pas la structure globale du nucléosome. Néanmoins, contrairement à l'histone somatique H2B, H2BFWT n'a pas la capacité de recruter les facteurs d'assemblage du chromosome et n'est pas requis pour la condensation du chromosome mitotique. Cette différence de comportement vis-à-vis de l'assemblage des chromosomes suggère que H2BFWT pourrait être impliqué dans l'architecture de structure d'ordre supérieur de la chromatine.<br />Dans le but d'élucider le rôle biologique de macroH2A1 in vivo, nous avons généré une lignée de souris invalidées pour macroH2A1.<br />Malgré l'abondance des investigations portant sur macroH2A1, sa fonction reste inconnue. MacroH2A1 a la particularité d'être trois fois plus grand que H2A, il comporte ainsi une extension C-terminale de fonction inconnue. Initialement macroH2A1 avait été décrit comme principalement localisé sur le chromosome X inactif. La signification biologique de cet enrichissement n'est pas comprise. In vitro, la présence de macroH2A1 interfère avec la transcription. De récentes études ont montré que certaines séquences d'ADN méthylées, incluant les gènes soumis à l'empreinte et les rétrotransposons sont enrichies en nucléosomes contenant macroH2A1. Il a également été démontré que c'est la méthylation de l'ADN, nécessaire pour la répression transcriptionnelle, qui permet le recrutement de macroH2A1 sur les rétrotransposons. Nous émettons l'hypothèse que la méthylation de l'ADN aboutirait à la répression des rétrotransposons via le recrutement de macroH2A1.<br />L'étude du phénotype des souris déficientes en macroH2A1 permet de conclure que contrairement au consensus actuel, macroH2A1 n'est pas nécessaire pour réprimer la transcription des séquences répétées incluant les rétrotransposons.<br />Les examens anatomopathologiques suggèrent que macroH2A1 pourrait être impliqué dans la régulation du métabolisme des acides gras.

The purpose of this thesis is to introduce and demonstrate several biological processes or phenomena using posterior lateral line system of zebrafish as a model. The first part of this work focuses on the highly dynamic tissue remodeling under the control of morphogenetic territories. In particular, eya1 gene is studied to add a susbtantial mechanism during migration of lateral line primordium. I propose that combinatorial Wnt/β-catenin and Fgf signaling control the spatialtemporal profile of Dkk expression to dynamically confine Wnt/β-catenin to the mesenchyme. The second part of this thesis mainly discusses about the existence of tissue compartment whereby Notch signaling involves in governing the regeneration anisotropy. I also discuss the importance of centrifugal movement of hair cell progenitors to propagate and maintain bilateral symmetry in the neuromasts. The last part of this thesis emphasizes on the epigenetic study in order to validate the involvement of macroH2A during development of zebrafish embryos. / La intención de ésta tesis es introducir y demostrar diversos procesos biológicos o fenómenos, usando como modelo el sistema de la línea lateral posterior del pez cebra. La primera parte de éste trabajo se enfoca en el proceso dinámico de remodelación de los tejidos bajo el control de territorios morfogénicos. En particular, se estudia el gen Eya1, como mecanismo sustancial en la migración del primordio de la linea lateral. Propongo que la señalización combinatorial de Wnt/B-catenin y FGF controla el patrón de expresión de Dkk, para confinar dinámicamente Wnt/B-catenin al tejido mesenquimal. La segunda parte de ésta tesis, principalmente discute acerca de la existencia de una compartimentalización de los tejidos, en dónde la señalización via Noch está involucrada en el control de la anisotropía en la regeneración. También se discute la importancia de los movimientos centrífugos de los progenitores de las células ciliadas para propagar y mantener la simetria bilateral en los neuromastos. La última parte de la Tesis emfatiza en el estudio epigenético, para validar la implicación de macroH2A en el desarrolllo de los embriones del pez cebra.

La nucléoline, une des protéines non-ribosomique les plus abondantes du nucléole, semble être impliquée dans de nombreux aspects du métabolisme de l'ADN en plus de son rôle dans la régulation de la transcription par l'ARN polymérase I, la maturation du pré-ARNr et l’assemblage des ribosomes. L'objectif de cette thèse est d'étudier l'interaction de la nucléoline avec la chromatine, et de déchiffrer la fonction de la nucléoline dans la régulation de l’expression génique. Il a été rapporté que la nucléoline est nécessaire pour la transcription des gènes codant pour l'ADN ribosomal in vivo, mais le mécanisme par lequel la nucléoline module la transcription d’ARN polymérase I (Pol I) est inconnue. Dans cette thèse, je montre que l’inhibition de l’expression de la nucléoline par siRNAconduit dans les gènes de l’ADNr à une augmentation de la marque hétérochromatine et une diminution des marques caractéristiques de l’euchromatine. La nucléoline est associée à des gènes ADNr non méthylés et ChIP-seq montrent un fort enrichissement de la nucléoline dans le promoteur et la région codante de l'ADNr. La nucléoline est capable d'interférer avec la liaison de TTF-1 sur le terminateur T0 proches du promoteur inhibant ainsi le recrutement du sous-unité NoRC TIP5 et HDAC1 et la création d'un état répressif hétérochromatine. Cette invasion de macroH2A1 dans le nucléole joue un rôle majeur dans l'inhibition de la transcription par la RNA Polymérase I en l'absence de la nucléoline. Ces résultats révèlent l'importance de la nucléoline pour le maintien de l'état euchromatien de l'ADNr et le rôle de macroH2A1 dans la régulation de la transcription de l'ADNr. / Besides the well-known role of the nucleolus in ribosome biogenesis, nucleoli play important roles in the regulation of many fundamental cellular processes, including cell cycle regulation, apoptosis, telomerase production, RNA processing and therefore it is not surprising that many nucleolar proteins appear to be multifunctional proteins. Nucleolin, one of the most abundant non-ribosomal proteins of the nucleolus, has been the focus of many studies since it was first described 35 years ago. It seems to be involved in many aspects of DNA metabolism, chromatin regulation and appeared to be a good pharmacological target for drug development in addition to its role in RNA polymerase I transcription and pre-ribosomal processing and assembly in pre-ribosomes. In eukaryotic cells, DNA is packed into nucleosomes to form chromatin in the nucleus. The cells develop a variety of strategies to overcome the nucleosomal barriers. These strategies include DNA methylation, histone post-translational modifications, incorporation of histone variants and ATP dependent chromatin remodeling. The aim of this thesis is to study the interaction of nucleolin with chromatin, and to decipher the mechanism of nucleolin in gene regulation. It was reported that nucleolin possesses a histone chaperone activity, helps the transcription through nucleosomes, and it is required for ribosomal DNA gene (rDNA) transcription in vivo, but the mechanism by which nucleolin modulates RNA polymerase I (Pol I) transcription is unknown. In the thesis it is shown that nucleolin knockdown results in an increase of the heterochromatin mark H3K9me2 and a decrease of H4K12Ac and H3K4me3 euchromatin histone marks in rDNA genes. Nucleolin is associated with unmethylated rDNA genes and ChIP-seq experiments identified a strong enrichment of nucleolin in the promoter and coding regions of rDNA. Nucleolin is able to interfere with the binding of TTF-1 on the promoter-proximal terminator T0 thus inhibiting the recruitment of the nucleolar remodeling complex (NoRC) subunit TIP5 and HDAC1 and the establishment of a repressive heterochromatin state. In addition, in absence of nucleolin or after inhibition of Pol I by actinomycin D, a strong relocalization of the histone variant macroH2A1 to the nucleolus and on the rDNA genes was observed. This invasion of macroH2A1 in the nucleolus plays a major role in the inhibition of Pol I transcription in absence of nucleolin, as knockdown of macroH2A1 eliminates the repressive effect of nucleolin depletion. These results reveal the importance of nucleolin for the maintenance of the euchromatin state of rDNA required for an efficient production of ribosomal RNAs and the role of macroH2A1 in rDNA transcription.

La structure de la chromatine et sa compaction sont modulées par la substitution des histones conventionnelles par des variants d'histones. MacroH2A est l'un de ces variants et se singularise par sa grande taille. De nombreuses données suggèrent que macroH2A pourrait participer à l'inactivation de la transcription.<br />Par immunofluorescence, cette protéine est retrouvée accumulée sur le territoire du chromosome X inactif (Xi) chez les mammifères femelles. Néanmoins, cette association préférentielle pourrait simplement refléter la forte concentration en nucléosomes de cette région. Pour aborder le rôle de macroH2A dans le phénomène de l'inactivation du chromosome X, notre principale approche a consisté en des expériences de «ChIP-on-CHIP» sur de la chromatine native. Nos résultats montrent un enrichissement global et modeste de macroH2A sur le chromosome X femelle, excepté sur la plupart des gènes échappant à l'inactivation. <br />Nous avons souhaité nous intéresser également au rôle potentiel de macroH2A dans le mécanisme de réparation de l'ADN. En effet, il a été montré que le domaine macro est capable de lier l'ADP-ribose, un nucléotide déterminant dans de nombreux processus biologiques tels que la transcription ou la réparation. Plusieurs expériences nous ont permis de démontrer que les nucléosomes macroH2A sont associés in vivo à l'enzyme PARP-1, protéine clef de la réparation des cassures simple brin de l'ADN. La PARP-1 associée au nucléosome variant est inactive, et le traitement par H2O2 va induire son relâchement et son activation. L'absence de macroH2A conduit à une sur-activation de PARP-1, ce qui compromet sévèrement la réparation de l'ADN endommagé.