Variants d'histones H2BFWT et macroH2A1: de la structure à la fonction épigénétique

Histone variants H2BFWT and macroH2A1: from structure to epigentic function

• Auteur / Autrice : Matthieu Boulard
• Direction : Stefan Dimitrov
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie
• Date : Soutenance en 2007
• Etablissement(s) : Grenoble 1

Mots clés

Mots clés contrôlés

Spermatogenèse

Chromatine

Épigénétique

Nucléosomes

Mots clés libres

Variants d'histone

Remodelage

MacroH2A

H2bfwt

Résumé

Les eucaryotes expriment des variants d'histones non-alléliques en faible quantité en plus des histones conventionnels. De récentes données ont montré que ces variants d'histones sont impliqués dans de nombreuses fonctions cellulaires dont la réparation de l'ADN, la ségrégation des chromosomes ou encore le contrôle de la transcription. L'objectif de cette étude est d'améliorer la compréhension du rôle biologique des variants d'histones. Les travaux rapportés dans ce manuscrit abordent plus spécifiquement la fonction de deux variants: H2BFWT, qui joue un rôle dans la spermatogenèse chez l'homme; et macroH2A1 qui semble impliqué dans la répression transcriptionnelle. Nous avons montré que malgré sa grande divergence avec H2B, l'incorporation de H2BFWT ne modifie pas la structure globale du nucléosome. Néanmoins, contrairement à l'histone somatique H2B, H2BFWT n'a pas la capacité de recruter les facteurs d'assemblage du chromosome et n'est pas requis pour la condensation du chromosome mitotique. Cette différence de comportement vis-à-vis de l'assemblage des chromosomes suggère que H2BFWT pourrait être impliqué dans l'architecture de structure d'ordre supérieur de la chromatine. Dans le but d'élucider le rôle biologique de macroH2A1 in vivo, nous avons généré une lignée de souris invalidées pour macroH2A1. Malgré l'abondance des investigations portant sur macroH2A1, sa fonction reste inconnue. MacroH2A1 a la particularité d'être trois fois plus grand que H2A, il comporte ainsi une extension C-terminale de fonction inconnue. Initialement macroH2A1 avait été décrit comme principalement localisé sur le chromosome X inactif. La signification biologique de cet enrichissement n'est pas comprise. In vitro, la présence de macroH2A1 interfère avec la transcription. De récentes études ont montré que certaines séquences d'ADN méthylées, incluant les gènes soumis à l'empreinte et les rétrotransposons sont enrichies en nucléosomes contenant macroH2A1. Il a également été démontré que c'est la méthylation de l'ADN, nécessaire pour la répression transcriptionnelle, qui permet le recrutement de macroH2A1 sur les rétrotransposons. Nous émettons l'hypothèse que la méthylation de l'ADN aboutirait à la répression des rétrotransposons via le recrutement de macroH2A1. L'étude du phénotype des souris déficientes en macroH2A1 permet de conclure que contrairement au consensus actuel, macroH2A1 n'est pas nécessaire pour réprimer la transcription des séquences répétées incluant les rétrotransposons. Les examens anatomopathologiques suggèrent que macroH2A1 pourrait être impliqué dans la régulation du métabolisme des acides gras.

In addition to conventional histones, non-allelic variants are also expressed in low amount in eukaryotic cells. Recent data have revealed that histone variants assume roles in various processes within the cell including DNA repair, chromosome segregation and transcriptional control. The aim of my study was to highlight some biological functions harbored by histone variants. My investigations focused on two variants: the uncharacterized H2BFWT, which plays a role in human spermatogenesis and macroH2A1, which has an unclear function in transcriptional silencing. We show that, despite its huge divergence with H2B, the presence of H2BFWT does not affect the overall structure of the nucleosome. Importantly, in contrast to somatic H2B, H2BFWT was unable to recruit chromosome condensation factors and to participate in the assembly of mitotic chromosomes. This difference towards chromosome assembly suggests that H2BFWT might be involved in chromatin architecture. In order to bring new insights about macroH2A1 function in vivo we have disrupted macroH2A1 expression in mice by gene targeting. Many studies have been addressed macroH2A1 function, however its biological role remains unclear. MacroH2A1 is three times bigger than H2A and carries a C-terminal extension of unknown function. Initially macroH2A1 had been reported to be predominantly located on the inactive X chromosome in female. The biological significance of this enrichment is totally unknown. In vitro, the presence of macroH2A1 interferes with transcription. Recent studies show that methylated DNA sequences including imprinted genes and retrotransposons are enriched in macroH2A1. It has been reported that macroH2A recruitment on retrotransposons is mediated by DNA methylation, which is absolutely required for their silencing. We hypothesized that methylation of CpG dinucleotides in retrotransposons might achieve transcriptional repression through recruitment of macroH2A1. The study of the mice phenotype shows that contrary to the current view, macroH2A1 is not able on its own, to repress transcription of repetitive sequences including transposon in vivo. Anatomopathological examinations reveal that macroH2A1 could be involved in fatty acid metabolism.