The detection and annotation of cis-regulatory sequences is a difficult problem. There is currently no generally applicable experimental procedure or computational algorithm to identify the non-coding regions of the genome that serve to activate gene expression in a given cell type. The only indicator of cis-regulatory function is the conservation of a sequence in other genomes. Regions can then be tested one-by-one in transgenic assays but this is time-consuming in vertebrates. Only a limited number of these already validated cis-regulatory sequences have been curated in biological databases. One of the main advantages of the model organism Ciona intestinalis is that cis-regulatory tests can be conducted very easily and the result is observable after one day while the animal follows the chordate body plan. However, a sequence found to be active in this organism can currently not be mapped to genomes of other animals.

Escherichia coli est capable de survivre dans de nombreux environnements différents. Les informations nécessaires à cette adaptation sont codées dans le chromosome. Cette molécule circulaire est condensé dans une structure compacte protéines-ADN, appelée nucléoïde. Le chromosome n¿est pas uniforme et montre notamment une distribution inégale de sites de fixation de protéines et de séquences riches en AT. Il a été montré que la position des gènes importants pour la cellule est hautement conservée dans les gamma-protéobactéries. Ces différences le long du chromosome et cette conservation de la position suggèrent que la position du gène peut influencer son expression. Pour tester cette hypothèse, on a étudié l'expression d'un gène fluorescent inséré dans différentes positions autour du chromosome. L'expression de ce gène est contrôlé par des promoteurs différemment régulés: un est réprimé par la protéine H-NS, un est non régulé et un est sensible au superenroulement de l'ADN. Nous avons étudié l'expression dynamique de ces promoteurs pendant les différentes phases de croissance dans différentes conditions. Nous avons montré que l'expression du promoteur dépendant de la protéine H-NS est liée à l'emplacement sur le chromosome. En effet, la répression par H-NS est accrue en présence de séquences riches en AT. Nous avons également étudié l'influence d'un gène divergent sur l'expression de gènes rapporteurs en fonction de la position chromosomique. Nous avons montré que cette influence dépend de la localisation du gène. Nous avons donc demontré l'impact de la position chromosomique sur l'expression des gènes tout en donnant une nouvelle perspective sur la complexité du génome. / Escherichia coli is able to survive in many different environments. The information necessary for this adaptation is encoded in the chromosome. This circular molecule is condensed in a compact DNA-protein structure, called the nucleoid. The chromosome is not uniform, and shows uneven distributions of nucleoid-associated proteins (NAPs) binding sites, AT-rich sequences and general protein occupancy domains. It has been demonstrated that the position of important genes is highly conserved in ?-Proteobacteria. These differences along the chromosome and the conserved position of important genes suggest that the position of the gene can influence gene expression. To test this hypothesis, I studied the expression of a fluorescent reporter gene inserted in different positions around the chromosome. The expression of the reporter is driven by differently regulated promoters, one repressed by the important NAP H-NS, one non regulated and one subject to supercoiling and stringent control. We studied the dynamical expression of these promoters in different growth conditions, growth phases, upon nutritional upshift and under stress. We showed that the expression of the H-NS dependent promoter depends on the location on the chromosome, because H-NS repression is enhanced in presence of AT-rich sequences. We also studied the influence of a divergent gene on the reporter expression as a function of chromosomal position, and showed that this influence depends on the location of the gene. With our study we have been therefore able to show the impact of chromosomal position on gene expression and to give a new perspective on genome complexity.

Cette thèse a pour but l'analyse de la dynamique de facteurs de transcription dans le noyau. Les interactions entre molécules nucléaires dans des cellules vivantes ont été décrites comme étant suffisamment transitoires pour que la dynamique de ces molécules puisse être considérée comme étant de la diffusion effective [MISTELI2001, PHAIR]. Etant donné la géométrie des chemins possibles dans le noyau et la haute densité de ce compartiment en molécules diverses, il a été démontré par de nombreux calculs que la diffusion est non seulement le moyen de transport la moins gourmande en énergie, mais également la plus efficace. Ceci nous mène à nous demander comment la cellule permet de contrôler son état transcriptionnel global au vu de la nature stochastique du déplacement de ces facteurs de transcription. Jusqu'à présent, la recherche de cible a été souvent étudiée en utilisant le " temps de premier passage ", c'est-à-dire le temps que met une particule diffusant librement pour atteindre sa cible. Dans le cas d'un compartiment aussi complexe que le noyau, où de nombreuses interactions non spécifiques peuvent avoir lieu, et avec une quantité limitée de protéines distribuées de façon homogène, le temps nécessaire pour qu'une protéine trouve sa cible est en complet décalage avec l'efficacité à laquelle fonctionnent les systèmes biologiques.