Rôle de la lysine méthyltransférase SMYD3 dans la différenciation et identité cellulaire

The role of the Lysine Methyltransferase SMYD3 in cell differentiation and cell identity

• Auteur / Autrice : Roberta Codato
• Direction : Souhila Medjkane
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Aspects moléculaires et cellulaires de la biologie. Physiologie et physiopathologie
• Date : Soutenance le 28/09/2018
• Etablissement(s) : Sorbonne Paris Cité
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Bio Sorbonne Paris Cité (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Épigénétique et destin cellulaire (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation : Université Paris Diderot - Paris 7 (1970-2019)
• Jury : Président / Présidente : Michel Vervoort
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Souhila Medjkane, Michel Vervoort, Marc Bitoun, Laurence Vandel, Nicolas Reynoird, Athanassia Sotiropoulos, Jonathan Weitzman
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Marc Bitoun, Laurence Vandel

Mots clés

Mots clés contrôlés

Expression génique

Chromatine

Myogénèse

Lysine

Épigénétique

Mots clés libres

SMYD3

Résumé

Dans les cellules eucaryotes, des changements dynamiques de la chromatine en combinaison avec des facteurs de transcription spécifiques au tissu, régulent les programmes d'expression des gènes, qui sous-tendent la différenciation cellulaire. La différenciation des muscles squelettiques est principalement orchestrée par une famille de quatre facteurs de transcription de base hélice-boucle-hélice (bHLH): MyoD, Myf5, Myogenin et Mrf4. Les technologies de cartographie à l'échelle du génome ont révélé l'étendue du remodelage épigénétique dynamique soulignant la myogenèse. Plusieurs études ont porté sur le rôle des histones Lysine Méthyltransférases (KMT) et leur rôle dans la répression (H3K9 / H3K27) ou l'activation (H3K4) transcriptionnelle, et ont mis en évidence la fonction des modifications des histones dans la myogenèse et la régulation des gènes spécifiques des muscles. Nous avons étudié le rôle de la KMT SMYD3, qui est hautement conservé, au cours de la différenciation du muscle squelettique. Les membres de la famille des protéines SMYD sont impliqués dans la myogenèse cardiaque et squelettique au cours du développement chez le poisson-zèbre, la drosophile et la souris. SMYD3 est fréquemment surexprimé dans les cancers humains et des études ont mis en évidence un rôle potentiel de SMYD3 dans le développement précoce et la différenciation des cellules musculaires. Pourtant, le rôle de SMYD3 dans ces processus est encore un sujet de débat et d'investigation. Afin d'obtenir de nouvelles informations sur la régulation de la myogenèse par la famille SMYD de KMTs, nous avons examiné le rôle de SMYD3 dans la différenciation des myoblastes en utilisant un système in vitro de myoblastes humains et murins. Nos résultats d'expériences de gain et de perte de fonction suggèrent un rôle critique pour SMYD3 dans la régulation épigénétique de l'expression génique au cours de la différenciation musculaire. En particulier, l'inhibition de l'expression de SMYD3 entraîne une altération précoce de la différenciation musculaire et la fusion des myoblastes pour former des myotubes multinucléés. D'autre part, la surexpression de SMYD3 dans les myoblastes induit l'expression de marqueurs de différenciation spécifiques et améliore globalement le processus de différenciation. En utilisant des études de séquençage haut-débit de l’ARN, nous avons montré que SMYD3 régule les gènes impliqués dans l'organisation du sarcomère et le développement musculaire lors de la différenciation. De plus, nous avons trouvé par des études ChIP que SMYD3 se lie au promoteur de la Myogenin dans les myoblastes C2C12. En conclusion, nous avons révélé un nouveau mécanisme de régulation du facteur de différenciation clé Myogenin, et identifié un nouveau rôle pour SMYD3 dans la myogenèse squelettique.

In eukaryotic cells, dynamic changes in chromatin architecture combined with tissue-specific transcription factors regulate the gene expression programs, which underlie lineage commitment and cell differentiation. Skeletal muscle differentiation is mainly orchestrated by a family of four basic-helix-loop-helix (bHLH) transcription factors: MyoD, Myf5, Myogenin and Mrf4. Genome-wide mapping technologies revealed the extent of dynamic epigenetic remodeling underlining myogenesis. Several studies have focused on the role of Histone Lysine Methyltransferases (KMT), and their role in transcriptional repression (H3K9/H3K27) or activation (H3K4), and highlighted the function of histone modifications in myogenesis and the regulation of muscle-specific genes. We studied the role of the highly conserved KMT SMYD3 during skeletal muscle differentiation. Members of the SMYD protein family are implicated in cardiac and skeletal myogenesis during development in zebrafish, Drosophila and mice. SMYD3 is frequently upregulated in human cancers and there are evidences supporting a role of SMYD3 in early development and muscle cell differentiation. Yet, the role of SMYD3 in these processes is still a matter of debate and investigation. To gain new insights into the regulation of myogenesis by the SMYD KMT family, we examined the role of SMYD3 on myoblasts differentiation by using an in vitro system of human and mouse myoblasts. Our results of gain- and loss-of-function experiments suggest a critical role for SMYD3 in epigenetic regulation of gene expression during muscle differentiation. In particular, inhibition of SMYD3 expression leads to an impairment in early muscle differentiation, and myoblasts fusion to form multinucleated myotubes. On the other hand, SMYD3 overexpression in myoblasts induces the expression of specific differentiation markers and globally enhances the differentiation process. By using RNA-seq studies, we showed that SMYD3 regulates genes involved in sarcomere organization and muscle development upon differentiation. Moreover, we found by ChIP studies that SMYD3 binds to the Myogenin promoter in C2C12 myoblasts. In conclusion, we revealed a novel mechanism of regulation of the key differentiation factor Myogenin, and identified a novel role for SMYD3 in skeletal myogenesis.