Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2006-2007 / Le facteur de transcription GATA4 joue un rôle majeur dans le développement du cœur, du système digestif et des gonades. Bien qu'un grand nombre de gènes cibles de GATA4 soit connu, les mécanismes qui régulent sa propre expression restent à définir. Afin de mieux comprendre la régulation de G AT A4 dans les gonades, un fragment de 5 kb situé en amont de l'exon 1 du gène Gata4 de rat a été clone et inséré devant le gène rapporteur luciferase. Des expériences de transfections transitoires dans des lignées gonadiques (MA-10, MSC-1, DC3) et hétérologue (CV-1) ont révélé que l'activité basale du promoteur Gata4 était assurée par une courte région d'ADN de 118 pb en amont de l'exon 1. Une étude in silico comparant les séquences orthologues de cette région a permis d'identifier plusieurs éléments « cis » conservés. Une mutagenèse de ces sites a démontré qu'un élément E-box était crucial pour l'activité basale du promoteur Gata4. Des essais de retardement sur gel ont mis en évidence la liaison de la E-box par les facteurs de transcription ubiquitaires USF1 et USF2. Cette étude décrit pour la première fois les éléments de régulation basale requis pour la transcription du gène G AT A4. / The GATA4 transcription factor plays a major role in the development of the heart, the gut and gonads. Although many target genes regulated by GATA4 have been identified, surprisingly little is known about the factors and the mechanisms implicated in the regulation of the GATA4 gene itself. In order to better understand how GATA4 expression is controlled in the gonads, 5 kb of the region immediately upstream of exon 1 of the rat Gata4 gene have been cloned and placed upstream of a firefly luciferase reporter. Transient transfection assays in both homologous (MA-10, MSC-1 and DC3) and heterologous (CV-1) cell lines revealed that the first 118 bp were sufficient to drive full promoter activity. Comparative sequence analysis revealed the presence of multiple conserved cisregulatory elements located within this minimal promoter region. Site-directed mutation of these sites identified an E-box as the crucial element required for the basal activity of the Gata4 promoter. Subsequent gelshift assays showed that the E-box was bound by the ubiquitous transcription factors USF1 and USF2. Therefore, this study provides the first description of the regulatory sequences required for GATA4 transcription.

L’hypertension artérielle pulmonaire (HTAP) est une pathologie vasculaire résultant de l’obstruction des artères pulmonaires distales. L’obstruction de ces artères conduit à une augmentation drastique de la pression artérielle pulmonaire au-delà du niveau physiologique (≥ 25 mmHg), entrainant une adaptation pathologique du cœur droit. En effet, le cœur droit deviendra incapable de compenser cette augmentation de pression, ce qui conduira à l’arrêt cardiaque et la mort du patient. Jusqu’à présent, les traitements ont permis une amélioration de la qualité de vie des patients, mais aucun ne permet de soigner cette maladie. L’obstruction des artères pulmonaires observées chez les patients atteints d’hypertension artérielle pulmonaire s’explique, notamment, par l’acquisition d’un phénotype prolifératif des cellules musculaires lisses (CML) de ces artères. Précédemment, le laboratoire a démontré le rôle majeur de la diminution du micro-ARN 204 dans l’acquisition de ce phénotype des CML. Cette même diminution est observée dans les maladies vasculaires systémiques où elle conduit à l’acquisition d’un phénotype calcifiant des CML en permettant l’expression du facteur de transcription ostéogénique RUNX2. Durant ma thèse, j’ai investigué le rôle de la surexpression du facteur de transcription RUNX2 régulé par le micro-ARN 204 dans les CML des artères pulmonaires de patients atteints d’HTAP. Ce projet a permis de démontrer le rôle central de RUNX2 dans l’HTAP non seulement en participant à l’acquisition du phénotype prolifératif des CML, mais également en favorisant la transition phénotypique des CML vers un phénotype calcifiant conduisant à la formation de lésions calcifiantes. De plus, la diminution de l’expression de RUNX2 dans un modèle murin sugen/hypoxie d’HTAP permet l’amélioration des paramètres histologiques et hémodynamiques de l’HTAP, faisant de RUNX2 une cible thérapeutique prometteuse. / Pulmonary arterial hypertension (PAH) is a pulmonary vascular disease that drives the narrowing of distal pulmonary arteries. Pulmonary artery narrowing leads to an increase in the pulmonary arterial pressure above 25 mmHg. In order to compensate this increased pressure, the right ventricle undergoes a pathological adaptation. Shortly, the right ventricle becomes unable to compensate this increase leading to right heart failure and patient’s death. So far, PAH treatment has allowed significant improvement for patient’s life quality but none of them can cure the disease. Distal pulmonary artery narrowing is due, at least in part, to the acquisition of a proliferative phenotype of the smooth muscle cell (SMC). Previously, the laboratory has demonstrated the down-regulation of the micro-RNA 204 in the SMC and its major role in the acquisition of this proliferative phenotype. Interestingly, the same down-regulation is observed in systemic vascular disease where it leads to the acquisition of a calcifying phenotype of the SMC by allowing the expression of the osteogenic transcription factor RUNX2. During my thesis, I investigated the role of RUNX2 up-regulation in pulmonary artery SMC allowed by the down-regulation of the micro-RNA 204. This project uncovered a critical role for RUNX2 in PAH, not only by participating to the acquisition of SMC proliferative phenotype but also by allowing the acquisition of a calcifying phenotype of the SMC. Furthermore, targeting RUNX2 in a Sugen/hypoxia rat model of PAH reverse histologic and heomodynamic PAH phenotype, making RUNX2 an attractive therapeutic target.

Diss. (sammanfattning) Stockholm : Karol. inst., 2005. / Härtill 4 uppsatser.

published_or_final_version / Zoology / Doctoral / Doctor of Philosophy

published_or_final_version / Biochemistry / Doctoral / Doctor of Philosophy

published_or_final_version / Surgery / Master / Master of Philosophy

Induction of vertebrate heart development requires inhibition of canonical/<i>β</i>-catenin dependent Wnt signalling, activation of non-canonical/<i>β</i>-catenin independent Wnt signalling and transcription factor activation. Wnt/<i>β</i>-catenin signalling may also have a later regulatory role in cardiogenesis. The recent discovery of Wnt6 expression next to and within the developing heart during the relevant stages of cardiomyogenesis, combined with knockdown and over-expression data suggests that Wnt6 may have a role in the regulation of this process. Inhibition of canonical signalling leads to increased expression of cardiac associated transcription factors such as members of the Nkx2 and GATA family. These families are expressed in overlapping regions which specify the early heart field prior to the expression of the later cardiomyocyte-specific genes. This study demonstrates the ability of <i>β</i>-catenin to inhibit cardiogenesis during later developmental stages, before the cardiac mesoderm begins to differentiate into myocardium (heart muscle) and that the newly discovered Wnt6 exerts inhibition of cardiogenesis in a <i>β-</i>catenin<i> </i>dependent manner. This inhibition of cardiogenesis by <i>β-</i>catenin can occur in a cell-autonomous manner and is a result of direct inhibition of cardiac transcription factors of the GATA family. Over-expression of these pro-cardiogenic transcription factors GATA4 and GATA6 can restore the cardiomyogenic differentiation programme in embryos where it has previously been inhibited by <i>β</i>-catenin. In conclusion GATA factors are the relevant targets of Wnt/<i>β-</i>catenin signalling in the inhibition of normal cardiac development. The subsequent loss of cardiac gene expression observed is therefore a result of insufficient GATA expression and function.

L'objectif de mon travail est de comprendre le rôle de Rrp6, une exoribonuclease 3'-5', dans l'expression des gènes. Dans ce but, j'ai utilisé le promoteur du virus de l'immunodéficience humaine (VIH-1) comme modèle d'étude de la régulation des gènes chez les mammifères. En utilisant ce modèle dans le chapitre 1 des résultats, nous avons montré l'existence d'un nouveau mécanisme de répression de l'expression des gènes dépendant de l'ARN qui requiert les actions combinées de Rrp6 et du microprocesseur. A la suite de ce travail, nous avons caractérisé les complexes de protéines associés à Rrp6 qui contribuent à cette répression de la transcription (résultats - chapitre 2). Ces deux études suggèrent un rôle de Rrp6 dans la répression de la transcription au niveau du promoteur du VIH-1 mais aussi sur certains gènes cellulaires. Au cours des études présentées dans le chapitre 1, nous avons observé une forte diminution de l'expression de la protéine Dicer dans les cellules déplétées de Rrp6. Dicer est un élément central de la régulation de la maturation des microARN (miRNA) et donc joue un rôle important dans tous les processus cellulaires qui sont régulés par les miRNA, incluant de nombreux processus biologiques et physiologiques. Ainsi, il est important de connaitre les voies de régulation de Dicer. Dans le chapitre 3 des résultats, nous décrivons un nouveau mécanisme de régulation de Dicer par Rrp6. En effet, nos résultats montrent que Rrp6 est nécessaire pour un epissage efficace de l'ARNm de Dicer. Nos travaux décrivent un nouveau role de Rrp6 dans des processus cellulaires distincts: transcription et splicing / The objective of my doctoral work was to understand the role of a 3' to 5' exoribonuclease, Rrp6, in gene expression. I used the Human Immunodeficiency Virus (HIV-1) promoter as a model to study gene regulation in mammalian cells. Using this model, in Result-chapter 1, we demonstrated a novel mechanism of RNA-dependent transcriptional gene silencing that depends on the cooperative activities of Rrp6 and microprocessor. Following this study, we characterized the Rrp6-containing complex that contributes to the transcriptional silencing at HIV-1 promoter (Result-chapter 2). These two studies suggest a role for Rrp6 in transcriptional repression at the HIV-1 promoter and also at a subset of cellular genes. During the course of our studies presented in chapter 1, we observed a dramatic decrease of Dicer protein level in the cells depleted of Rrp6. Dicer is a central regulator of microRNA (miRNA) maturation and therefore exerts an important role in all cellular processes that are regulated by miRNAs, including diverse biological and physiological processes. Thus, it is important to know how Human Dicer1 is regulated. In Result-chapter 3, we describe a new regulatory mechanism of Dicer1 expression by Rrp6. Indeed, our results demonstrate that Rrp6 is required for efficient splicing of Dicer1 mRNA. Our work describes a novel role for Rrp6 in distinct cellular processes: transcription and splicing.

Leptosphaeria maculans ‘brassicae’ (Lmb) est un ascomycète de la classe des Dothideomycètes faisant partie d’un complexe d’espèces présentant différents niveaux d’adaptation au colza. Lmb est responsable d’une des maladies les plus dommageables sur colza : la nécrose du collet. Lmb présente un cycle de vie complexe au cours duquel il alterne différents modes de vie, traduisant l’existence de mécanismes de régulation fine de l’expression des gènes lui permettant de s’adapter rapidement à de nouvelles conditions. Le séquençage de son génome a révélé une structure originale, avec l’alternance de deux types de régions : les isochores GC et les isochores AT. Alors que les isochores GC sont riches en gènes, les isochores AT sont pauvres en gènes et présentent des caractéristiques de l’hétérochromatine (régions génomiques riches en éléments transposables et présentant un faible taux de recombinaison). Bien que pauvres en gènes, les isochores AT représentent une « niche écologique » pour les gènes codant des effecteurs puisque 20 % des gènes des isochores AT codent des effecteurs putatifs contre seulement 4 % des gènes localisés en isochores GC. Les gènes codant des effecteurs situés en isochores AT présentent un comportement transcriptionnel différent de ceux localisés en isochores GC : une faible expression pendant la croissance mycélienne et une forte induction d’expression pendant l’infection primaire du colza. Sur la base de ces observations, l’objectif de ma thèse était de caractériser le déterminisme de la co-expression des effecteurs situés dans les isochores AT et en particulier d’évaluer si la régulation de l’expression de ces gènes se fait par un contrôle épigénétique lié à leur localisation particulière et/ou par l’intervention de régulateurs communs. Afin de déterminer le rôle de la structure des isochores AT, l’analyse fonctionnelle de protéines impliquées dans le remodelage de la chromatine (i.e. HP1, DIM-5 et DMM-1) a été réalisée et leur implication dans la régulation de l’ensemble des gènes prédits dans le génome de L. maculans a été évaluée. Cette étude a permis de démontrer l’implication de la structure hétérochromatinienne des isochores AT dans la répression de l’expression pendant la croissance mycélienne des gènes situés dans cet environnement génomique, en particulier les gènes codant des effecteurs. Parmi les gènes sous contrôle épigénétique, nous avons pu observer qu’en plus des gènes localisés en isochores AT, des zones en isochores GC étaient aussi affectées et pouvaient constituer des « hot-spots » de contrôle épigénétique. Afin d’identifier des régulateurs candidats pouvant être impliqués dans le contrôle de l’expression des effecteurs pendant l’infection, le répertoire des gènes codant des facteurs de transcription (FTs) chez Lmb a été établi et l’analyse de la conservation de ce répertoire parmi les autres espèces du complexe d’espèces Leptosphaeria a permis d’identifier les FTs spécifiques, ou spécifiquement sur-exprimés pendant l’infection du colza, chez Lmb. Des candidats ont été sélectionnés pour réaliser leur analyse fonctionnelle : des gènes codant des FTs sur-exprimés pendant l’infection (9 FTs) ainsi que les orthologues de FTs qui avaient été décrits chez d’autres espèces comme régulateurs majeurs de la pathogénie (StuA, Sge1 et Fox1). L’analyse fonctionnelle de FTs candidats a permis d’établir que StuA, comme chez d’autres champignons phytopathogènes, joue un rôle important dans la mise en place de l’infection et l’expression des effecteurs chez L. maculans. Le « silencing » d’un FT de type AT-Hook, famille de FTs se fixant préférentiellement au niveau de séquences riches en AT, a un fort effet sur la pathogénie du champignon et entraîne une diminution d’expression de 2 effecteurs. Cette thèse a permis d’apporter de nouveaux éléments concernant la régulation des gènes codant des effecteurs chez un champignon phytopathogène impliquant, pour la première fois, un mécanisme épigénétique. / Leptosphaeria maculans is an ascomycete belonging to the Dothideomycete class and is part of a species complex showing different level of adaptation toward oilseed rape. Within this species complex, Lmb is responsible for the most damaging disease of this crop: “stem canker”. Lmb presents a complex life cycle during which it alternates between different life styles and nutritional strategies underlying the involvement of precise regulatory networks for gene expression to rapidly adapt to new conditions. The sequencing of the Lmb genome has revealed an unusual structure, alternating two types of regions, GC- and AT-isochores. While GC-isochores are gene-rich, AT-isochores are gene-poor and have several characteristics of heterochromatin (they are rich in transposable elements and present a lower rate of recombination compared to GC-isochores). Although gene-poor, AT-isochores are “ecological niches” for effector genes as 20% of the genes in these regions encode for putative effectors against only 4% of the genes in GC-isochores. Effector-encoding genes located in AT-isochores present a different transcriptional behavior compared to those located in GC-isochores: a very low expression in axenic culture and a drastic increase in expression during primary leaf infection. On these bases, the aim of my thesis was to characterize the determinism of the concerted effector gene expression. Are AT-isochores targets of reversible epigenetic modifications that affect the regulation of effector genes? and/or are one or several common regulators involved in the control of the concerted expression of effector genes? To assess the role of the structure of AT-isochores, functional analysis of three key players involved in chromatin remodeling (i.e. HP1, DIM-5 and DMM-1) was performed and their role in global gene expression was assessed. This study validated that heterochromatic structure of AT-isochores represses expression of genes located in such a genomic environment, notably effector genes. Among genes under an epigenetic control, we also identified genes located in GC-isochores that were similarly influenced and may represent “hot spots” for epigenetic control. To identify putative regulators of effector gene expression, we established the complete repertoire of transcription factors (TFs) of Lmb and by analyzing the conservation of this repertoire among species of the Leptosphaeria species complex, we identified TFs specific of Lmb, or specifically induced during infection. Functional analysis of 12 TFs was set up: nine TF-encoding genes induced during infection and three orthologs of TFs described as required for pathogenesis in other phytopathogenic fungi (StuA, Sge1, Fox1). This functional analysis showed that StuA, as in other phytopathogenic fungi, plays a major role in infection and expression of effector genes in Lmb. The silencing of an AT-Hook type TF, family of TFs that specifically interact with AT-rich sequences, was associated with a reduction of the expression of two effector genes during infection and with pathogenicity defects. This study brought new insights into the regulation of effector genes in a phytopathogenic fungus involving, for the first time, an epigenetic mechanism.

Les composés phénoliques de la baie, et plus particulièrement les flavonoïdes (flavonols, tanins condensés, anthocyanes), constituent un des paramètres clés contrôlant la qualité organoleptique du raisin et du vin. Ils représentent également une source de molécules antioxydantes d’intérêt grandissant pour les industries pharmacologiques, agro-alimentaires et cosmétiques. De nombreux travaux réalisés sur les plantes modèles ont démontré que la régulation de la voie de biosynthèse des flavonoïdes est essentiellement gouvernée par des facteurs de transcription de type MYB, bHLH et des protéines de type WD40. Chez la Vigne (Vitis vinifera L.), plusieurs facteurs de transcription de type MYB régulant la voie des anthocyanes et/ou des tanins condensés ont déjà été identifiés. Cependant, aucun facteur de transcription de type bHLH ou WD40 n’a encore été caractérisé. Différentes approches ont été mises en œuvre pour identifier de nouveaux régulateurs de la voie des flavonoïdes chez la Vigne. Dans un premier temps, le facteur de transcription VvMYB5b a été utilisé comme appât dans une approche de double hybride non ciblé chez la Levure (Saccharomyces cerevisiae). Dans un deuxième temps, le promoteur d’un gène codant une enzyme centrale de la voie de biosynthèse des flavonoïdes, VvDFR, a été choisi afin de développer une approche de simple hybride non ciblé chez la Levure. Enfin, une approche ciblée vers des « gènes candidats » a permis l’identification des facteurs de transcription de type bHLH VvMYC1 et VvMYCA1. Le profil d’expression de VvMYCA1 correspond à celui de l’accumulation des tanins condensés dans la pellicule, et celui de VvMYC1 corrèle avec le profil de synthèse des flavonols, des anthocyanes et des tanins condensés dans la baie de raisin, ainsi que dans les inflorescences. De plus, VvMYC1 peut interagir avec différents partenaires MYB de Vigne régulant la synthèse des anthocyanes et/ou des tanins condensés, à la fois dans la Levure mais également in planta, où l’interaction VvMYC1/VvMYBs affecte l’expression de gènes structuraux tels que l’UFGT et l’ANR. Cette interaction induit une synthèse d’anthocyanes, aussi bien en système homologue qu’en système hétérologue (Tabac et Arabidopsis). Enfin, des essais complémentaires impliquant le promoteur de VvMYC1 ont permis de démontrer que VvMYC1, en interagissant avec VvMYBPA1, peut moduler sa propre expression in vivo. / Phenolic compounds, and more specifically flavonoids (flavonols, condensed tannins and anthocyanins), are key components of the grapevine and wine quality. Because of their antioxidant activities, these compounds are of interest in pharmacological and cosmetic industries, as well as being beneficial to the human diet. Previous work on model plants showed that the flavonoid pathway was mainly regulated by the MYB and bHLH transcription factors, and WD40 proteins. In the grapevine (Vitis vinifera L.), only MYB regulators have been identified until now, and no bHLH or WD40 have been characterised. In this work, several approaches were used to identify new transcription factors involved in grapevine flavonoid biosynthesis. Firstly, the VvMYB5b protein was used as a bait in a large scale two hybrid experiment in yeast (Saccharomyces cerevisiae). Secondly, the promoter of the VvDFR gene, coding a central enzyme of the flavonoid pathway, was chosen to conduct a large scale one hybrid experiment, also in yeast. Finally, a “gene candidate” approach allowed identification of the bHLH transcription factors VvMYC1 and VvMYCA1. VvMYCA1 expression profile in berry skin and seeds correlates with condensed tannins synthesis, whereas VvMYC1 transcript accumulation in these tissues and the grapevine inflorescence correlates with condensed tannins, anthocyanins and flavonols accumulation. In yeast, VvMYC1 could physically interact with different MYB partners regulating the anthocyanin or the condensed tannins biosynthesis. This interaction was confirmed by transient promoter assays in grape cell suspensions, where co-expression of VvMYC1 with specific MYB partners activated the UFGT and ANR promoters. Likewise, this interaction induced anthocyanin accumulation in grape cells, as well as in tobacco leaves and Arabidopsis. Eventually, additional transient promoter assays revealed that VvMYC1 is involved, with VvMYBPA1, in feedback regulation of its own expression.