Rôle de l'histone méthyl-transférase dMes-4 dans l'expression des gènes, la pause et l'épissage

Role of the histone methyltransferase dMes-4 in gene expression, RNAPII pausing and splicing

• Auteur / Autrice : Priscillia Lhoumaud
• Direction : Olivier Cuvier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Gènes, cellules et développement
• Date : Soutenance en 2014
• Etablissement(s) : Toulouse 3

Mots clés

Mots clés contrôlés

Épissage (génétique)

Transcription génétique

Méthylation

Méthyltransférases

Mots clés libres

Insulateurs

Méthylation de H3K36

Transcription

Pause de l'ARN-polII

Epissage

Résumé

Les protéines qui se fixent aux séquences dites 'insulatrices' sont appelées les 'IBPs' (pour 'Insulator Binding Proteins'). Ces facteurs réguleraient de nombreux gènes via leur rôle dans l'organisation de la chromatine. Une hypothèse de travail est que cette fonction des IBPs reposerait sur leur capacité à ouvrir la chromatine localement, favorisant ainsi le recrutement de facteurs impliqués dans la régulation des gènes. Lors de mon travail de thèse, j'ai tout d'abord identifié l'enzyme de méthylation d'histones (HMT), dMes4, comme un partenaire structural et fonctionnel important des protéines insulatrices BEAF-32/dCTCF. Ainsi, mes résultats ont montré que déplétion de dMes4 récapitulait les défauts d'expression obtenus après déplétions des IBPs, démontrant son rôle prépondérant en tant que co-facteur des IBPs. DMes-4 est la seule enzyme capable de di-méthyler l'histone H3 sur la lysine 36 (H3K36me2) chez la Drosophile, une modification d'histone qui jouerait un rôle déterminant dans le recrutement des complexes d'acétylation des histones (HATs) qui permettent l'ouverture de la chromatine. Mes recherches ont par ailleurs souligné le rôle prépondérant des IBPs dans le recrutement de cette HMT, permettant ainsi l'ouverture de la chromatine aux promoteurs de gènes. De plus, j'ai montré que ce mécanisme dMes-4 dépendant était requis pour le recrutement de l'activateur transcriptionnel DREF, un facteur clé dans la régulation des oncogènes. DREF active l'élongation de la transcription par l'ARN polymérase II qui est couplée à la tri-méthylation H3K36me3 par l'enzyme dHypB. De façon intéressante, la tri-méthylation est requise dans le recrutement des facteurs d'épissage et mes résultats ont montré que la marque H3K36me2 servirait dans ce contexte à prédéfinir un état chromatinien 'compétent' pour que l'activation transcriptionnelle soit couplée à la bonne maturation des ARNs. Un deuxième volet de mes travaux a permis de caractériser la fonction de dMes-4 et de dHypB dans la transition entre les étapes de '' pause '' et d'élongation de l'ARN polymérase II, via le recrutement du complexe P-TEFb, qui est nécessaire à la bonne maturation de l'ARN polymérase II et à la dissociation concomitante du facteur de pause appelé NELF. Mes résultats montrent que NELF servirait de point de contrôle permettant de coupler l'élongation à l'épissage et la maturation des transcrits. Aussi, ce couplage dépendrait notamment de la fonction dMes-4-dépendante dans le recrutement de P-TEFb et de celle de NELF dans le contrôle de la 'maturation' de l'ARN polymérase II. Mes résultats suggèrent que ces défauts de maturation seraient dus à l'incapacité de la forme immature à recruter dHypB, entraînant ainsi des défauts d'épissage dépendants de H3K36me3. Mes travaux permettent ainsi de mieux comprendre le rôle de la pause dans la maturation des ARNs, via les HMTs dMes-4/dHypB.

The Drosophila insulator-binding proteins (IBPs) Beaf32/dCTCF regulate gene expression, through mechanisms that may involve their role in chromatin organization. One hypothesis is that chromatin insulators may lead to open chromatin locally, thereby recruiting factors involved in transcriptional activation. During my PhD, I have identified a key histone modifier, dMes-4, as a novel co-factor of IBPs involved in chromatin accessibility, which specifically co-regulates hundreds of genes flanked by Beaf32/dCTCF. DMes-4, the only H3K36me2 histone methyltransferase in Drosophila, may play a key role in the recruitment of Histone acetyltransferases (HATs) leading to a chromatin opening. Our results show that dMes-4 is recruited at gene promoters through IBPs, thereby opening chromatin locally for the recruitment of the transcriptional activator DREF. Such transcriptional activation is involved in oncogene activation. Our results show that DREF triggers RNAPII elongation concomitantly with the trimethylation of H3K36 (H3K36me3) by dHypB, thereby allowing H3K36me3-dependent RNA splicing. Our work highlights a key role of IBPs/dMes-4 in presetting chromatin for transcriptional activation and proper RNA splicing. A second part of my Ph. D. Work was to characterize the respective roles of dMes-4 and dHypB in the ''switch'' from RNAPII pausing to transcription elongation, through the recruitment of the complex P-TEFb. We show that P-TEFb is required for the maturation of RNAPII, which is under the control of the paused factor NELF. My data show that NELF may serve as a ''checkpoint'' coupling RNAPII maturation with RNA splicing. This checkpoint may involve both dMes-4 in recruiting P-TEFb, and of NELF in preventing the release of RNAPII before its ''maturation''. Our data further show that NELF depletion leads to splicing defects due to the impaired recruitment of dHypB on such immature RNAPII, leading to defects in H3K36me3 deposition. As such, my work highlights a key function of the HMTs dMes-4/dHypB and of NELF-mediated RNAPII pausing in RNA maturation.