Biogenèse et fonction de la trimethylation de l’histone H3 en lysine 9 aux télomères des cellules souches embryoniques de souris

Biogenesis and Function of H3K9me3 at telomeres of mouse embryonic stem cells

• Auteur / Autrice : Sophie Kan
• Direction : Jérôme Déjardin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie Santé
• Date : Soutenance le 04/12/2015
• Etablissement(s) : Montpellier
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences Chimiques et Biologiques pour la Santé (Montpellier ; Ecole Doctorale ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de génétique humaine (Montpellier)
• Jury : Président / Présidente : Anne-Marie Martinez
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jérôme Déjardin, Anne-Marie Martinez, Claus Azzalin, Maria Teresa Teixeira, Evi Soutoglou
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Claus Azzalin, Maria Teresa Teixeira

Mots clés

Mots clés contrôlés

Transcription génétique

Télomères (génétique)

Hétérochromatine

Mots clés libres

Hétérochromatine

Télomère

Histone

H3K9me3

Transcription

Heterochromatin

Telomere

Histone

H3K9me3

Transcription

Résumé

Les télomères sont des structures critiques situées aux deux extrémités des chromosomes linéaire et empêchent que ces derniers soient dégradés, sujet à des réparations aberrantes ou subissent des recombinaisons homologues. Ces régions particulières sont compactées sous une forme de chromatine très dense que l’on nomme l’hétérochromatine. Une étape clef dans l’établissement et la maintenance de l’hétérochromatine est la tri-méthylation de l’histone H3 en lysine 9 (H3K9me3). Cette marque sert de point d’ancrage pour un certain nombre de protéines qui vont ensuite permettre de propager un environnement répressif. Les télomères étant hétérochromatiques, sont enrichis en H3K9me3 qui est déposée par l’histone methyltransférase SUV39H. Pourtant, la relation entre cette modification H3K9me3 et les télomères a été très peu étudiée. Il a été suggéré que cette marque est impliquée dans l’homéostasie de la taille des télomères, mais la fonction de H3k9me3 reste largement inconnue. Pendant ma thèse, j’ai empêché la catalyse de H3K9me3 aux télomères en supprimant l’histone methyltransférase responsable. Comme modèle d’étude j’ai travaillée sur des cellules embryonnaires de souris (mESC), étant donné que ces cellules de mammifère ont de très longs télomères hétérochromatiques. De façon surprenante, j’ai découvert que c’est l’enzyme SETDB1 qui installe H3K9me3 aux télomères de mESC. J’ai purifiée et comparée les changements de la composition moléculaire de télomères n’ayant plus d’histones trimethylés en lysine 9 (dans des cellules mESC ou SETDB1 est « knocked-out » (KO)) à des télomères sauvages en utilisant la technique de PICh (Proteomics of Isolated Chromatin segments) sur des cellules cultivées en SILAC (Stable Isotope Labelling Amino Aacids). J’ai montré que H3K9me3 contrôle le recrutement de chaperonnes d’histones; et de façon plus surprenante, cette marque semblerait contrôler l’élongation et/ou inhiber la terminaison de la transcription des télomères. En effet les télomères sont transcrits en un long ARN non-codant appelé TERRA. Nos données préliminaires suggèrent que cette voie n’est pas restreinte aux télomères mais aussi à d’autres gènes qui sont sous le contrôle de SETDB1. Il semblerait que la trimethylation de H3K9 dans le corps du gène est nécessaire pour maintenir la processivité de l’ARN polymérase II. Mes données suggèrent que SETDB1 contrôle la trimethylation de H3K9 aux télomères et dans certains corps de gènes ce qui est crucial pour la transcription générale dans les cellules embryonnaires de souris.

Telomeres are critical regions that protect chromosome ends from degradation or aberrant repair. These regions are assembled into heterochromatin. Trimethylation of histone H3 on lysine 3 (H3K9me3) is a biochemical modification found at telomeres and essential in the establishment and maintenance of constitutive heterochromatin. During my thesis, I investigated the function of H3K9 trimethylation. According to my data, this hallmark is deposited by SETDB1 at the telomeres in mouse embryonic stem cells. Using the quantitative PICh method, I showed that this mark controls the recruitment of histone chaperones. Heterochromatin is typically believed to repress gene expression but my data suggests that at telomeres, the H3K9me3 mark instructs transcriptional elongation and/or inhibit transcriptional termination of telomeres into the non-coding RNA TERRA. Preliminary data even suggest this pathway is not only restricted to telomeres but also to other genes under the control of SETDB1. It seems that H3K9 trimethylation in the gene body is necessary to maintain RNA polymerase II processivity. My data suggests SETDB1 controls H3K9 trimethylation at telomeres and gene bodies which is crucial for general transcriptional in mouse embryonic stem cells.