Heterochromatin maintenance following DNA damage in mammalian cells

par Anna Fortuny Gonzalez

Thèse de doctorat en Médecine

Sous la direction de Sophie Polo.

Le président du jury était Benoît Palancade.

Le jury était composé de Eric Julien, Armelle Guy-Corpet.

Les rapporteurs étaient Aline Probst, Evi Soutoglou.

  • Titre traduit

    Maintien de l'hétérochromatine en réponse aux dommages à l'ADN dans des cellules de mammifères


  • Résumé

    Dans les noyaux cellulaires des organismes eucaryotes, l’organisation de l'ADN avec des protéines histones sous forme de chromatine est une source d'information épigénétique qui dicte l'expression des gènes et l'identité cellulaire. Cependant, la chromatine est déstabilisée lors de toutes les transactions impliquant l'ADN, comme lors de la réparation des dommages à l'ADN. Pendant ma thèse, j'ai abordé la question fondamentale du maintien de l'épigénome au cours de la réparation des lésions de l'ADN dans les cellules mammifères. J'ai concentré mon travail sur le maintien de l’hétérochromatine, qui est fortement condensée, très peu transcrite et caractérisée par des ensembles spécifiques de modifications post-traductionnelles d’histones. Étant données ces particularités de l'hétérochromatine, j'ai émis l'hypothèse que des mécanismes spécifiques pourraient exister pour permettre de restituer la structure et la fonction de l'épigénome à la suite de lésions de l'ADN dans les domaines hétérochromatiques. Pour répondre à cette question, j'ai développé des approches innovantes pour cibler des dommages UVC aux domaines d’hétérochromatine péricentrique dans des cellules vivantes de mammifères et pour suivre en temps réel la réponse à ces dommages. Ainsi, j'ai montré que le maintien des modifications d’histones spécifiques de l'hétérochromatine était découplé de la recompaction de ces domaines et j'ai découvert un rôle critique pour le senseur de dommages UV DDB2 (DNA damage binding protein 2) dans l'orchestration des changements de compaction de l'hétérochromatine pendant la réparation. J'ai également observé que la réparation des dommages causés par les UVC s'effectuait efficacement dans l'hétérochromatine péricentrique et de manière simultanée à l’incorporation de nouvelles histones H3.3 par la chaperone d’histones HIRA (Histone Regulator A). Mes découvertes révèlent également une coopération étroite entre les chaperones d'histones et les enzymes de modification dans le maintien des modifications post-traductionnelles caractéristiques de l’hétérochromatine lors de la réparation des dommages causés par les UV. Dans l'ensemble, cette étude met en lumière des mécanismes fondamentaux impliqués dans le maintien des domaines de chromatine d'ordre supérieur à la suite de lésions dans l'ADN.


  • Résumé

    In eukaryotic cell nuclei, DNA wrapping around histone proteins in the form of chromatin is a source of epigenetic information that specify gene expression and therefore, cell identity. However, chromatin organization is challenged during all DNA transactions, including DNA damage repair. During my thesis, I addressed the fundamental question of epigenome maintenance following DNA damage and repair in mammalian cells. I focused my work on the maintenance of highly folded heterochromatin domains, which are mostly silent and characterized by specific sets of histone post-translational modifications. Given the particularities of heterochromatin, I hypothesized that specialized mechanisms may exist to allow the restoration of the epigenome structure and function following DNA damage in heterochromatin domains. To tackle this question, I developed an innovative approach for targeting UVC damage to pericentric heterochromatin domains in live mammalian cells and for tracking the response to heterochromatin damage in real time. Thus, I showed that the maintenance of heterochromatin-specific histone modifications was uncoupled from heterochromatin folding and I uncovered a critical role for the UV damage sensor DDB2 (DNA damage binding protein 2) in orchestrating heterochromatin compaction changes during repair. I also observed that UVC damage repair took place efficiently within pericentric heterochromatin concomitantly with de novo deposition of H3.3 histones mediated by the histone chaperone HIRA (Histone Regulator A). My findings also unveil a tight cooperation between histone chaperones and modifying enzymes in the maintenance of heterochromatic histone marks upon UV damage. Altogether, this study sheds light on the fundamental mechanisms involved in the maintenance of higher-order chromatin structures following DNA damage.

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