Caractérisation fonctionnelle des voies de la déubiquitination de l'histone H2B chez Arabidopsis thaliana

Functional characterization of histone H2B deubiquitination pathways in Arabidopsis thaliana

• Auteur / Autrice : Martin Rougée
• Direction : Fredy Barneche
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie
• Date : Soutenance le 20/07/2017
• Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences du végétal : du gène à l'écosystème (Orsay, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de biologie de l'École normale supérieure (Paris ; 2010-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Paris-Sud (1970-2019)
• Jury : Président / Présidente : Martin Crespi
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Fredy Barneche, Martin Crespi, Christel Carles, Pascal Genschik, Angélique Deleris
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Christel Carles, Pascal Genschik

Mots clés

Mots clés contrôlés

Arabidopsis thaliana

Épigénétique

Photomorphogenèse

Mots clés libres

H2Bub

Déubiquitination

Photomorphogenèse

H2Bub

Deubiquitination

Photomorphogenesis

Résumé

Les plantes disposent de mécanismes rapides d'adaptation de leur physiologie et de leur développement à des conditions environnementales changeantes. Leur mise en œuvre dépend largement d’une capacité de reprogrammation de l'expression des gènes qui implique généralement des changements continus de l'épigénome. Chez de nombreux organismes, différentes voies d’enlèvement de la monoubiquitination de l’histone H2B (H2Bub) participent d'une part à faciliter la transcription des gènes par l'ARN polymérase II et d'autre part à éviter l'établissement d'un état permissif à la transcription par enlèvement de domaines enrichis en H2Bub sur des régions répétées telles que les séquences télomériques. Cette thèse a porté sur l’étude des voies régulant la marque chromatinienne H2Bub chez les plantes, dont la connaissance des mécanismes de contrôle dynamique est très fragmentaire. Une nouvelle ubiquitine protéase de l'espèce Arabidopsis thaliana a été identifiée comme étant un homologue fonctionnel de Ubp8, une protéine associée à l'élongation de la transcription au sein d'un module de déubiquitination d'H2Bub du complexe SAGA chez S. cerevisiae. L'identification et la caractérisation fonctionnelle de trois composants de ce module chez A. thaliana a révélé qu'il agit sur des milliers de gènes, suggérant son implication dans des mécanismes basaux de la transcription. Dans une seconde partie, il a été observé que l'abondance de deux sous-unités de ce module est régulée au cours de la photomorphogenèse par DET1, un acteur central de la signalisation de la lumière. Cette transition développementale permet l'adaptation du métabolisme et de la morphologie de la plante en réponse à la première exposition à la lumière, notamment via l'établissement de l'activité photosynthétique. La régulation post-traductionnelle du module de déubiquitination de l'histone H2B pourrait permettre d'ajuster son activité aux changements d'activité transcriptionnelle de la cellule au cours de cette transition. Une approche génétique a également permis d'identifier une redondance fonctionnelle partielle entre l'activité du module de déubiquitination et UBP26, une seconde déubiquitinase d'H2Bub connue pour son implication dans la répression des gènes PHERES1 et FLC par une activité Polycomb ainsi que de certains éléments transposables. Ces analyses ont permis de révéler une influence positive de UBP26 sur l'établissement d'un état répressif à la transcription sur des centaines de gènes et également dans certains contextes hétérochromatiniens. Collectivement, ce travail a permis de disséquer les spécificités et les redondances fonctionnelles de deux voies de déubiquitination de l'histone H2B portées par des complexes protéiques distincts.

Plants utilize rapid mechanisms to adapt their physiology and development to changing environments. Their triggering depends greatly on gene expression reprogramming leading to important changes in the epigenome. In numerous organisms, different pathways remove monoubiquitination of histone H2B (H2Bub) to facilitate gene transcription by RNA polymerase II, with H2Bub removal on repeated genomic regions, such as telomeres, prohibiting establishment of a transcription permissive state. This thesis aims to better characterize the pathways that regulate the chromatin mark H2Bub in plants. A new ubiquitin protease from Arabidopsis thaliana was identified as a potential homolog of Ubp8, a protein associated with transcription elongation within a deubiquitination module of the SAGA complex in S. cerevisiae. Identification and functional characterization of the three components of the deubiquitination module in A. thaliana reveals its action on thousands of genes, suggesting a role in basal transcription mechanism. Secondly, it was shown that the quantity of two subunits from this module is regulated during photomorphogenesis by DET1, a central protein involved in light signaling. This developmental transition allows adaptation of metabolism and morphology of the plant in response to the first light exposure, notably during photosynthesis establishment. The post-translational regulation of the histone H2Bub deubiquitination module may allow its adjustment to changes in cell transcription needs during this transition. A genetic approach identified a partial functional redundancy between the deubiquitination module activity and UBP26, a second H2Bub deubiquitinase known to repress the genes PHERES1 and FLC by a Polycomb activity and certain transposable elements. These analyses revealed a positive influence from UBP26 on establishing a repressive transcriptional state on hundreds of genes and on some heterochromatinian contexts. Collectively, this work dissected specificities and functional redundancies of two H2Bub deubiquitination pathways driven by distinct protein complexes.