Organisation et fonction de l'hétérochromatine: télomères et éléments mobiles

par Mathilde Gauchier

Projet de thèse en Biologie Santé

Sous la direction de Jerome Dejardin.

Thèses en préparation à Montpellier , dans le cadre de Sciences Chimiques et Biologiques pour la Santé , en partenariat avec IGH - Institut de Génétique Humaine (laboratoire) et de Biologie des Séquences Répétées (equipe de recherche) depuis le 01-10-2015 .


  • Résumé

    L'extrémité des chromosomes ou télomères contrôlent la prolifération cellulaire et la stabilité des génomes, deux critères majeurs impliqués dans les processus complexes d'oncogenèse. Pour proliférer indéfiniment, les cellules cancéreuses doivent maintenir la longueur de leurs télomères qui raccourcissement normalement à chaque division cellulaire. Nos travaux ont permis de mettre en évidence que de l'hétérochromatine dysfonctionnelle conduit les cellules à rallonger leurs télomères par recombinaison phénomène aussi appelé « voie ALT » qui représentent 15% des cancers. Ces types de cancer sont étroitement corrélés à la mutation de la protéine ATRX mais cette mutation n'est pas toujours suffisante. Nous avons montré que l'interaction de ATRX sur les télomères est dépendante de H3K9me3 un marqueur majeur de l'hétérochromatine constitutive. Nous avons mis en évidence que SETDB1 était l'acteur indispensable qui installe cette marque de l'hétérochromatine sur les télomères dans les cellules souches murines. La fixation aberrante de SETDB1 sur les télomères est corrélée à une augmentation de H3K9me3 associé à un changement important de la chromatine avec le recrutement de facteurs de recombinaison et l'apparition de marqueurs de la voie ALT caractérisée par l'augmentation de réarrangements chromosomiques aux télomères, la colocalisation de PML et des télomères, la stimulation de la transcription de TERRA. De plus, l'inhibition de SETDB1 dans les cellules humaines cancéreuses inhibe la voie ALT. Alors que H3K9me3 était reconnus pour empêcher la recombinaison et réprimer la transcription par exemple aux niveaux de certains éléments répétés mobiles, c'est avec surprise que nos résultats montrent qu'au contraire H3K9me3 catalysé par l'enzyme SETDB1 stimule plutôt qu'inhibe la recombinaison et la transcription aux télomères. Un objectif majeur dans la continuité de ma thèse sera de comprendre le rôle bivalent de SETDB1-H3K9me3 sur la transcription : activateur dans le cas des télomères ou répresseur nécessaire à la mise sous silence des éléments mobiles. Pour ceci nous voulons caractériser la chromatine associée aux rétrovirus endogènes de la famille des IAPs . Les IAPs sont des rétrotransposons à LTR particulièrement actifs connus pour être réprimé via H3K9me3 par SETDB1 dans les cellules souches embryoniques de souris. Afin de déterminer les interacteurs de SETDB1-H3K9me3 en contexte IAPs nous proposons de développer la technique de PICh pour purifier des séquences complexes de rétrotransposons. Ce type d'organisation d'hétérochromatine sera analysé avec celle retrouvée aux télomères pour mieux comprendre l'impact de H3K9me3-SETDB1 sur la transcription. De plus, l'étude de la chromatine associée aux rétrotransposons nous permettra de mieux comprendre comment la cellule reconnaît et empêche la mobilisation de ces éléments à travers le génome hôte participant ainsi à conserver l'intégrité du génome au cours du développement.

  • Titre traduit

    Organisation and function of heterochromatin: telomeres and retrotransposons


  • Résumé

    Chromosome's extremities or telomeres control the cellular proliferation and the stability of genomes, two major process implicate in the development of cancer. To proliferate indefinitively, cancer cells maintain the length of their telomeres that become shorter and shorter at each cellular division. Our work showed that dysfunction in telomeric heterochromatin induce the activation of the maintenance of telomeres by recombination, process known as ALT pathway found in 15% of cancer. This class of ALT cancer is strongly correlated with the inactiving mutation of ATRX protein but this mutation is not always sufficient. We observed that ATRX interacts with telomeres through the binding of H3K9me3, the hallmark of constitutive heterochromatin. Importantly, we highlighted the role of SETDB1 as histone-methyl-transferase that promote H3K9me3 through telomeres in embryonic stem cells of mice. Aberrant SETDB1 binding on telomeres is correlated with an increased of H3K9me3 associated with important changes in chromatin composition. Recombination factors are recruited and ALT activated with increased in recombination events, colocolisation of PML with telomeres, TERRA transcription is stimulate. Further, SETDB1 inhibition in cancer cells disrupt ALT. Whereas H3K9me3 was known to inhibit recombination and silenced the transcription for example at repetitive sequences such as endogenous retrovirus, our results surprisely show that on contrary H3K9me3 mediated by SETDB1 stimulate rather than inhibit recombination and transcription at telomeres. The major goal in the continuity of my thesis is to understand the dual role of SETDB1-H3K9me3 on transcription: activation for the transcription of TERRA at telomeres or repression for the silencing of endogenous retrovirus. We want to characterized the chromatin associated to retrotransposons. IAP are LTR retrotransposons known to be silenced by H3K9me3 mediated by SETDB1 in ES cells. In order to find all interactors of SETDB1-H3K9me3 at IAP,to compare them with telomeres and highlight their role in transcription we propose to optimize the PICh approach to isolate chromatin fragment at retrotransposon. Moreover, this work will allow to better understand how retrotransposons are recognized and silenced in cells during development.