Genome-wide analysis of ATP-dependent chromatin remodeling functions in embryonic stem cells

par Daria Bou Dargham

Thèse de doctorat en Sciences de la vie et de la santé

Sous la direction de Matthieu Gérard.

Le président du jury était Fabienne Malagnac.

Le jury était composé de Matthieu Gérard, Fabienne Malagnac, Daan Noordermeer, Éric Soler.

Les rapporteurs étaient Saadi Khochbin, Slimane Ait-Si-Ali.

  • Titre traduit

    Analyse de la fonction des facteurs de remodelage de chromatine ATP-dépendants dans le contrôle de l’expression du génome des cellules souches embryonnaires


  • Résumé

    Les cellules souches embryonnaires (cellules ES) constituent un excellent système modèle pour étudier les mécanismes épigénétiques contrôlant la transcription du génome mammifère. Un nombre important de membres de la famille des facteurs de remodelage de chromatine ATP-dépendants ont une fonction essentielle pour l’auto-renouvellement des cellules ES, ou au cours de la différentiation. On pense que ces facteurs exercent ces rôles essentiels en régulant l’accessibilité de la chromatine au niveau des éléments régulateurs de la transcription, en modulant la stabilité et le positionnement des nucléosome.Dans ce projet, nous avons conduit une étude génomique à grande échelle du rôle d’une dizaine des remodeleurs (Chd1, Chd2, Chd4, Chd6, Chd8, Chd9, Ep400, Brg1, Smarca3, Smarcad1, Smarca5, ATRX et Chd1l) dans les cellules ES. Une double stratégie expérimentale a été utilisée : Des expériences d’immunoprécipitation de la chromatine suivi par un séquençage à haute-débit (ChIP-seq) sur des cellules ES étiquetées pour les différents remodeleurs, pour étudier leur distribution sur le génome, et un approche transcriptomique sur des cellules déplétées de chaque remodeleur par traitement avec des vecteurs shRNA (knockdown). Nous avons établi les profils de liaison des remodeleurs sur des éléments régulateurs (promoteurs, enhancers et sites CTCF) sur le génome, et montré que ces facteurs occupent toutes les catégories d’éléments régulateurs du génome. La corrélation entre les données ChIP-seq et les données transcriptomiques nous a permis d’analyser le rôle des remodeleurs dans les réseaux de transcription essentiels des cellules ES. Nous avons notamment démontré l’importance particulière de certains remodeleurs comme Brg1, Chd4, Ep400 et Smarcad1 dans la régulation de la transcription chez les cellules ES.


  • Résumé

    The characteristics of embryonic stem cells (ES cells) make them one of the best models to study the epigenetic regulation exerted by different actors in order to control the transcription of the mammalian genome. Members of the Snf2 family of ATP-dependent chromatin remodeling factors were shown to be of specific importance for ES cell self-renewal and during differentiation. These factors are believed to play essential roles in modifying the chromatin landscape through their capacity to position nucleosomes and determine their occupancy throughout the genome, making the chromatin more or less accessible to DNA binding factors.In this project, a genome-wide analysis of the function of a number of ATP-dependent chromatin remodelers (Chd1, Chd2, Chd4, Chd6, Chd8, Chd9, Brg1, Ep400, ATRX, Smarca3, Smarca5, Smarcad1 and Alc1) in mouse embryonic stem (ES) cells was conducted. This was done using a double experimental strategy. First, a ChIP-seq (Chromatin Immunoprecipitation followed by deep sequencing) strategy was done on ES cells tagged for each factor in the goal of revealing the genomic binding profiles of the remodeling factors. Second, loss-of-function studies followed by transcriptome analysis in ES cells were performed in order to understand the functional role of remodelers. Data from both studies were correlated to acquire a better understanding of the role of remodelers in the transcriptional network of ES cells. Specific binding profiles of remodelers on promoters, enhancers and CTCF binding sites were revealed by our study. Transcriptomic data analysis of the deregulated genes upon remodeler factor knockdown, revealed the essential role of Chd4, Ep400, Smarcad1 and Brg1 in the control of transcription of ES cell genes. Altogether, our data highlight how the distinct chromatin remodeling factors cooperate to control the ES cell state.


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