Les surrénales sont des glandes endocrines permettant la réponse au stress de l’organisme. Alors que la medulla produit des catécholamines, la corticosurrénale sécrète des minéralocorticoïdes au niveau de la zone glomérulée, et des glucocorticoïdes grâce aux cellules de la zone fasciculée. Ces hormones sont notamment impliquées dans l’homéostasie hydrominérale, la réponse immunitaire et la maturation pulmonaire au cours de la vie fœtale. Les insuffisances surrénaliennes peuvent donc être très délétère en absence de traitement. Pour maintenir l’intégrité tissulaire au cours de la vie et pour mieux répondre aux variations des besoins de l’organisme, le cortex surrénalien est en renouvellement cellulaire constant. Des expériences de lignage ont mis en évidence que ce renouvellement repose sur le recrutement de cellules progénitrices capsulaires et situées dans la partie externe du cortex. Lorsqu’ils sont mobilisés, ces progéniteurs se différencient en cellules de la zone glomérulée, qui vont alors migrer de façon centripète le long du cortex et se différencier en cellules de la zone fasciculée après une conversion de lignage, au cours de leur migration. Cette conversion de lignage est orchestrée via un équilibre entre l’activation des voies Wnt/β-caténine, imposant une identité glomérulée, et PKA, permettant une différenciation fasciculée. Les facteurs épigénétiques jouent de nombreux rôles essentiels, du développement embryonnaire jusqu’à la tumorigenèse, en passant par l’homéostasie des tissus. Nous avons montré que la méthyltransférase EZH2 était le facteur épigénétique le plus surexprimé dans les carcinomes corticosurrénaliens et que cette surexpression était associée à l’agressivité de ces cancers. EZH2 est la sous-unité catalytique du complexe multi-protéique PRC2 qui permet, entre autres, la répression de la transcription de ses gènes cibles en posant la marque H3K27me3. L’objectif de ma thèse a été d’identifier les potentiels rôles physiologiques de EZH2 dans la surrénale, qui n’avaient jusque là, jamais été recherchés.En développant un modèle murin d’invalidation génétique de Ezh2 dans le cortex surrénalien, dès l’émergence de l’ébauche surrénalienne au cours du développement embryonnaire, nous avons pu mettre en évidence une hypoplasie corticosurrénalienne, résultant d’une forte atrophie de la zone fasciculée, et associé à une insuffisance primaire en glucocorticoïdes. Nos analyses nous ont permis de démontrer le rôle original et inattendu de Ezh2 dans le contrôle de la voie de signalisation PKA, en réprimant l’expression d’inhibiteurs de cette voie comme les phosphodiestérases (PDE) et la sous-unité régulatrice Prkar1b. EZH2 régule ainsi la zonation fonctionnelle du cortex surrénalien via son activité histone méthyltransférase. A l’inverse, on n’observe pas d’altération marquée de la voie Wnt/β-caténine, suggérant que Ezh2 n’est pas essentiel au contrôle de cette voie dans la surrénale. Nous avons également pu mettre en évidence une dédifférenciation de cellules corticales qui retrouvent, suite à la perte de Ezh2, une identité progénitrice en exprimant des marqueurs adréno-gonadique tels que Gata4 et Wt1. Cette dédifférenciation est un phénomène naturel que l’on retrouve avec le vieillissement et qui pourrait être associée avec la diminution progressive de l’expression de Ezh2 dans les cellules stéroïdogènes. L’ensemble de ces résultats, met en évidence une nouvelle fonction de Ezh2 dans le contrôle de la voie de signalisation PKA et de l’homéostasie de la glande surrénale. / Adrenals are endocrine glands allowing the stress response of the organism. While the medulla produces catecholamines, the adrenal cortex secretes mineralocorticoids in the glomerular zone, and glucocorticoids through cells in the fasciculated zone. These hormones are notably involved in hydromineral homeostasis, the immune response and pulmonary maturation during fetal life. Adrenal insufficiency can therefore be very deleterious in the absence of treatment. To maintain tissue integrity over the course of life and to better respond to the changing needs of the body, the adrenal cortex is in constant cell renewal. Lineage experiments have shown that this renewal is based on the recruitment of capsular progenitor cells and progenitors located in the outer part of the cortex. When mobilized, these progenitors differentiate into cells of the glomerular zone, which then migrate centripetally along the cortex and differentiate into cells of the fasciculated zone after lineage conversion, during their migration. This lineage conversion is orchestrated via a balance between the activation of the Wnt/β-catenin pathway, imposing a glomerular identity, and PKA pathway, allowing fasciculated differentiation. Epigenetic factors play many important roles, from embryonic development to tumorigenesis, passing by tissue homeostasis. We have shown that methyltransferase EZH2 is the most overexpressed epigenetic factor in adrenocortical carcinomas and this overexpression is associated with cancer agressivity. EZH2 is the catalytic subunit of the multiprotein complex PRC2 that allow, among others things, the repression of the transcription of its target genes by posing the mark H3K27me3. The aim of my thesis was to indentify the putative physiological roles of EZH2 in the adrenal, never investigated yet.By developing a murine model of genetic invalidation of Ezh2 in the adrenal cortex, from the emergence of the adrenal anlagen during embryonic development, we have been able to demonstrate adrenocortical hypoplasia, resulting from a strong atrophy of the zona fasciculata, and associated with primary glucocorticoid insufficiency. Our analyses allowed us to demonstate the original and unexpected role of EZH2 in the controle of the PKA pathway, by repressing expression of this pathway inhibitors such as phosphodiesterases (PDE) and regulatory subunit Prkar1b. EZH2 thus regulate functionel zonation of adrenal cortex via its histone methyltransferase activity. On the contrary, we don’t observe marked alteration of the Wnt/β-catenin pathway, suggesting EZH2 is not essential for the control of this pathway in the adrenal. We could also show a dedifferenciation of cortical cells which, after the loss of Ezh2, exhibit progenitors identity by expressing adreno-gonadal marks as Gata4 and Wt1. This dedifferenciation is a natural phenomenon that appear with ageing and could be associated with processive decrease of Ezh2 expression in steroidogenic cells. All of these results, highlights a new function of Ezh2 in the control of the PKA signaling pathway and in the homeostasis of the adrenal gland.

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En mamíferos, así como en plantas, mutaciones en AND helicasas/ATPasas del la família SNF2, no solo afectan a la estructura de la cromatina, sino que también afectan al patrón global de la metilación del ADN. Sugiriendo una relación funcional entre la estructura de la cromatina y la epigenética. El complejo NuRD, el cual posee una ATPasa de la familía SNF2, está relacionado con la represión de la transcripción y en el remodelamiento de la cromatina. Nuestro laboratorio demostró que la proteína leucémica PML-RARα reprime la transcripción de sus genes diana por el reclutamiento de DNMTs y el complejo PRC2. En esta tesis, demostramos una relación directa del complejo NuRD en la represión génica y en los cambios epigenéticos en la leucemia promielocítica aguda (APL). Mostramos que PML-RARα se une y recluta NuRD a sus genes diana, incluyendo el gen supresor de tumores RAR2, facilitando que el complejo de Polycomb se reclute y metile la lisina 27 de la histona H3. Tratamiento con Acido Retinóico (RA), el qual se utiliza en pacientes, reduce la ocupación de NuRD en células leucémicas. Eliminando NuRD no solo provoca que las histonas no se deacetilen y que la cromatina no se compacte, sino que también provoca que tanto la metilación del ADN y de las histonas no se produzca, así como la represión génica del gen RAR2, favoreciendo la diferenciación celular. Nuestros resultados caracterizan un nuevo papel del complejo NuRD en el establecimiento de los patrones epigenéticos en APL, demostrando una relación esencial entre la estructura de la cromatina y epigenética durante el desarrollo de la leucemia, pudiéndose aplicar a la terapia de esta enfermedad. / In mammals, as in plants, mutations in SNF2-like DNA helicases/ATPases were shown to affect not only chromatin structure but also global methylation patterns, suggesting a potential functional link between chromatin structure and epigentic marks. The SNF2-like containing NuRD complex is involved in gene transcriptional repression and chromatin remodeling. We have previously shown that the leukemogenic protein PMLRARα represses target genes through recruitment of DNMTs and Polycomb complex. In this thesis, we demonstrate a direct role of the NuRD complex in aberrant gene repression and transmission of epigenetic repressive marks in acute promyelocytic leucemia (APL). We show that PML-RARα binds and recruits NuRD to target genes, including to the tumor-suppressor gene RAR2. In turn, the NuRD complex facilitates Polycomb binding and histone methylation at lysine 27. Retinoic acid treatment reduced the promoter occupancy of the NuRD complex. Knock-down of the NuRD complex in leukemic cells not only prevented histone deacetylation and chromatin compaction, but also impaired DNA and histone methylation as well as stable silencing, thus favoring cellular differentiation. These results unveil an important role for NuRD in the establishment of altered epigenetic marks in APL, demonstrating an essential link between chromatin structure and epigenetics in leukemogenesis that could be exploited for therapeutic intervention.

The epithelial to mesenchymal transition (EMT) is a highly conserved cellular program that allows well-­‐differentiated epithelial cells to convert to motile mesenchymal cells. EMT is critical for appropriate embryogenesis and plays a crucial role in tumorigenesis and cancer progression. At this regard, it has become increasingly evident that, in addition to genetic alterations, tumour development involves the alteration of gene expression patterns owing to epigenetic changes. Taking this into account, this thesis mainly addresses the description of new molecular epigenetic mechanisms underlying one of the hallmark processes governing EMT, the Snail1-­‐mediated E-­‐cadherin repression. Indeed, our results demonstrate that both Polycomb group (PcG) proteins and the LOXL2 protein are involved in this process. Apart from providing novel insights into the significance of these proteins in tumor progression, our work uncovers the characterization of a new epigenetic modification carried out by LOXL2; H3K4 deamination. / La transició epiteli-­‐mesènquima (EMT) és un programa cel·lular molt conservat que permet a les cèl·lules epitelials convertir-­‐se en cèl·lules mesenquimals indiferenciades. La EMT és un procés crucial pel desenvolupament embrionari i per la progressió tumoral. A aquest respecte, ha esdevingut cada cop més evident que el desenvolupament tumoral no només està associat a alteracions genètiques, sinó també a l'alteració de l’expressió gènica causada per canvis epigenètics. Tenint això en compte, aquesta tesi es centra en la descripció de nous mecanismes moleculars en l’àmbit de l’epigenètica associats a un dels processos clau en la EMT, la repressió de la E-­‐ cadherina mitjançada pel factor de transcripció Snail1. De fet, els nostres resultats demostren que tant les proteïnes del grup Polycomb (PcG) com la proteïna LOXL2 estan implicades en aquest procés. A part de proporcionar nova informació respecte la importància d'aquestes proteïnes en la progressió tumoral, la nostra feina ha permès la caracterització d'una nova modificació epigenètica duta a terme per la proteïna LOXL2; la deaminació de H3K4.

Les protéines du groupe Polycomb (PcG) sont des protéines essentielles et conservées, qui forment deux complexes principaux, PRC1 et PRC2, qui sont recrutés au niveau de la chromatine et qui répriment stablement l’expression génique. Chez Drosophila melanogaster, les complexes Polycomb sont recrutés à des éléments d’ADN appelés éléments de réponse Polycomb (PREs) pour réprimer la transcription. PREs sont des éléments mémoires permutables qui peuvent maintenir la répression ou l’expression génique. Malgré des dizaines d’années d’étude, des questions fondamentales sur le fonctionnement du système PcG subsistent. 1) Comment les protéines PcG sont recrutées aux PREs uniquement lors du contexte développemental approprié, et comment les PREs peuvent conduire à la fois à l’activation et à la répression stable. 2) Comment les complexes PcG répriment la transcription, et si cela implique de nouvelles activités biochimiques et interactions. 3) Comment la répression dépendante des PcG peut-elle être propagé à travers le cycle cellulaire. La recherche de nouvelles activités biochimiques pour les complexes PcG pouvant répondre à ces questions fait l’objet de cette thèse. Les PREs sont transcrits en ARN qui pourraient donner la spécificité de contexte pour recruter les protéines PcG. Nous avons supposé que des R-loops puissent se former aux PREs, et être reconnues par les complexes Polycomb, ce que vous avons testé dans le chapitre 2. Nous avons identifié les séquences formant des R-loops dans des embryons et une lignée cellulaire de Drosophila melanogaster, et nous avons trouvé que ~30% des PREs forment des R-loops. Nous avons découvert que les PREs ayant formé des R-loops ont une plus forte probabilité d’être liés par les protéines PcG in vivo et in vitro. PRC2 lie des milliers d’ARN in vivo, mais aucune fonction claire n’y a été associée. En utilisant des expériences in vitro, nous avons identifié une activité d’invasion de brins pour PRC2 qui induit la formation d’hybride ARN-ADN, la partie principale d’une R-loop. Dans ce chapitre, nous avons trouvé que les PREs forment des R-loops, et sont impliquées dans le recrutement des protéines PcG qui induisent la répression génique stable. Nous avons découvert une activité d’invasion de brins pour PRC2 qui pourrait impliquer ce complexe Polycomb dans la formation de R-loops in vivo. Dans le chapitre 3, nous avons identifié une activité similaire à celle de la topoisomérase I associée avec PRC1 et la région C-terminale de sa sous-unité PSC (PSC-CTR). PRC1 et PSC-CTR peuvent relaxer un plasmide surenroulé négativement et ajouter des supertours négatifs à un plasmide relaxé en absence de topoisomérase. Cette activité suggère que la régulation de la topologie de l’ADN puisse être un nouveau mécanisme utilisé par les complexes PcG. PRC1 peut résoudre les R-loops formées sur un ADN négativement surenroulé in vitro. Une fonction possible pour cette activité de topoisomérase peut être la régulation des R-loops, dont la stabilité dépend à la fois de la séquence d’ADN et de la topologie de l’ADN environnant, in vivo. Dans cette thèse, nous avons identifié de nouvelles activités chez les complexes PcG : une activité d’invasion de brins pour PRC2 et une activité similaire à celle des topoisomérases pour PRC1. Ces deux activités impliquent les complexes PcG dans la formation et la résolution de R-loops. De plus, ces deux complexes peuvent reconnaitre les R-loops et sont recrutés aux PREs ayant formé ces structures. En conclusion, nous avons identifié de nouvelles activités pour les complexes Polycomb PRC1 et PRC2 qui les lient à la formation, la reconnaissance et la résolution de R-loops. / Polycomb group (PcG) proteins are conserved, essential proteins, which assemble in two main complexes, PRC1 and PRC2, which are targeted to chromatin and stably repress gene expression. In Drosophila melanogaster, Polycomb complexes are targeted to DNA elements called Polycomb response elements (PREs) to repress transcription. PREs are switchable memory elements that can maintain either gene repression or gene activation. Despite decades of study, fundamental questions about how the PcG system functions remain. These include: 1) how PcG proteins are targeted to PREs only in the appropriate developmental context, and how PREs can mediate both stable activation and repression; 2) how PcG complexes repress transcription, and whether it involves novel biochemical mechanisms and interactions; 3) how PcG repression can be propagated through cell cycles. The search for new biochemical activities for PcG complexes that may answer these questions is the topic of this thesis. PREs are transcribed into RNAs which may give the context specificity to recruit PcG proteins. We hypothesized that R-loops may form at PREs, and be recognized by PcG complexes, which we tested in Chapter 2. We identified R-loop forming sequences in Drosophila melanogaster embryos and tissue culture cells, and found that ~30% of the PREs form R-loops. We found that PREs which have formed R-loops are more likely to be bound by PcG proteins both in vivo and in vitro. PRC2 binds to thousand RNA in vivo but no clear activity has been associated with it. Using in vitro assays, we identified a strand exchange activity for PRC2 which induces the formation of RNA-DNA hybrid, the main part of an R-loop. In this chapter, we have found that PREs form R-loops and are involved in the targeting of PcG proteins which induce stable gene repression. We have discovered an RNA strand exchange activity for PRC2 which may involve this Polycomb complex in the formation of R-loops in vivo. In Chapter 3, we identified a type I topoisomerase-like activity associated with PRC1 and the C-terminal region of its subunit PSC (PSC-CTR). PRC1 and PSC-CTR can relax a negatively supercoiled plasmid and add negative coils to a relaxed plasmid in absence of topoisomerase. This activity suggests regulation of DNA topology may be a novel mechanism used by PcG complexes. PRC1 can resolve R-loops formed on negatively supercoiled DNA in vitro. One role for the topoisomerase-like activity may be to regulate R-loops, whose stability of depends on both the DNA sequence and the topology of the surrounding DNA, in vivo. In this thesis, we identified new activities for Polycomb group complexes: an RNA strand exchange activity for PRC2 and a topoisomerase-like activity for PRC1. Both activities link PcG complexes to the formation and resolution of R-loops. In addition, both complexes can recognize R-loops and are recruited to PREs which have formed these structures. In conclusion, we have identified new nucleic acid-based activities for the Polycomb complexes PRC1 and PRC2, which link them to the formation, recognition and resolution of R-loops.